不銹鋼硝酸輸送管道的腐蝕行為及特性研究.pdf

1、304和304L不銹鋼在硝酸介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，因此，被廣泛地應(yīng)用在硝酸生產(chǎn)裝置和管道中。但是不銹鋼管道的焊縫腐蝕失效和局部的沖刷腐蝕失效，一直是困擾我國硝酸生產(chǎn)裝置的問題。本文針對晶間腐蝕和流動腐蝕這兩個問題，探究了不同條件下304不銹鋼在硝酸中的腐蝕機(jī)理。首先，分析了不銹鋼硝酸輸送管道的焊縫發(fā)生腐蝕失效的原因，并利用熱處理方法模擬不銹鋼焊接過程中的受熱過程，研究了加熱溫度和時間對不銹鋼在硝酸中的耐蝕性影響規(guī)律，解釋不銹鋼焊縫熱影

2、響區(qū)金屬的敏化行為。通過極化曲線、電化學(xué)阻抗譜、Mott-Shottky曲線和浸泡失重實驗，研究了304不銹鋼在硝酸中腐蝕特性隨硝酸濃度、溫度和浸泡時間變化規(guī)律。此外，通過自主研制的管流式流動腐蝕實驗裝置對不銹鋼在流動條件下腐蝕電化學(xué)行為進(jìn)行了研究。通過以上研究和實驗，主要得出以下結(jié)論:
　　(1)三通母材和直管母材表面發(fā)生較為均勻的晶間腐蝕。三通母材和直管母材的Cr和Ni含量基本相同，且各自的腐蝕電流密度和阻抗值差別不大，兩種母

3、材的耐蝕性良好。但三通母材的碳含量是直管母材碳含量的1.8倍，在焊接的熱影響區(qū)，兩種材料的耐蝕性差別較大，熱影響區(qū)的材料的腐蝕速率明顯大于母材，三通一側(cè)熱影響區(qū)的腐蝕速率顯著大于其他區(qū)域。碳含量是影響304不銹鋼焊接接頭在硝酸中耐蝕性的關(guān)鍵因素。碳含量越高，焊接過程中熱影響區(qū)的不銹鋼越容易發(fā)生敏化，導(dǎo)致耐蝕性顯著降低。
　　(2)當(dāng)加熱溫度處在500-900℃時，即使短暫時間的加熱也會導(dǎo)致304L不銹鋼晶間腐蝕敏化度的顯著增大。當(dāng)

4、加熱溫度在650-750℃區(qū)間時，304L不銹鋼的晶間腐蝕敏化度達(dá)到最大值。加熱溫度低于500℃或者高于900℃時，不銹鋼在硝酸中的晶間腐蝕敏化度的變化很小，耐蝕性不會顯著降低。通過電化學(xué)阻抗譜的變化可以區(qū)分經(jīng)過不同敏化度的不銹鋼試樣，晶間腐蝕敏化度高的試樣的反應(yīng)電阻Rct變小，不銹鋼鈍化膜的完整性和保護(hù)性降低。電化學(xué)阻抗測試和DL-EPR測試得到的熱處理對304L不銹鋼耐蝕性的影響規(guī)律基本吻合。304和304L不銹鋼在經(jīng)650℃熱處理

5、后，鈍化膜表面界面電容和雙電層電容達(dá)到最大，在硝酸介質(zhì)中其鈍化膜的保護(hù)能力變差，耐蝕性明顯下降。且隨保溫時間的增大，其在硝酸中的腐蝕裂紋內(nèi)的溶液電阻與腐蝕界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻也逐漸減小。
　　(3)304不銹鋼在不同溫度和濃度硝酸中的腐蝕機(jī)理基本相同。隨著硝酸溫度和濃度的增大，304不銹鋼在硝酸中的自腐蝕電位呈逐漸增大的趨勢，鈍化區(qū)的范圍逐漸減小，維鈍電流密度逐漸增大，腐蝕速率逐漸增大，不銹鋼在硝酸中的腐蝕越趨于活化腐蝕，不銹鋼發(fā)生

6、過鈍化的趨勢越明顯。硝酸溫度越高，維持304不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定狀態(tài)越困難。隨著硝酸濃度的增大，反應(yīng)電阻逐漸減小，鈍化膜的溶解速度增大，鈍化膜對不銹鋼基體的保護(hù)作用逐漸減弱。Mott-Schottky曲線分析發(fā)現(xiàn)，不銹鋼表面的鈍化膜呈現(xiàn)P型半導(dǎo)體特性。隨著硝酸濃度的增大，線性區(qū)的斜率逐漸增大，載流子的濃度先減小后增大。隨著溫度的升高，線性區(qū)的斜率逐漸變小，載流子濃度逐漸增大，平帶電位負(fù)移。隨著浸泡時間的增加，304不銹鋼容抗弧半徑逐漸減小

7、，鈍化膜對金屬基體的保護(hù)性能逐漸降低。不銹鋼表面的鈍化膜在硝酸中的溶解速度在浸泡初期較小，隨著浸泡時間的增大，鈍化膜的溶解速度先以較快的速度增大，最后達(dá)到穩(wěn)定值。304不銹鋼的表面在硝酸中形成的鈍化膜的成分主要為Fe-Cr-Ni等金屬化合物，即σ相。
　　(4)不銹鋼在流動硝酸中存在鈍化行為，在浸入流動硝酸后不銹鋼表面的鈍化膜不斷發(fā)展，4h后鈍化膜逐漸趨于穩(wěn)定。在流動硝酸中，不銹鋼的腐蝕速率隨著溫度、流速和沖擊角的增大而逐漸增大。

8、隨著溫度的升高，鈍化膜的厚度逐漸減小，致密和完整程度變低。硝酸溫度增大，鈍化區(qū)范圍變窄，過鈍化電位變小，不銹鋼在流動硝酸中的鈍化行為不穩(wěn)定，更容易發(fā)生過鈍化，導(dǎo)致晶間腐蝕的發(fā)生。隨著流速的增大，鈍化膜的厚度逐漸減小，鈍化膜對不銹鋼的保護(hù)作用逐漸減弱。速度對不銹鋼的自腐蝕電位、鈍化區(qū)間范圍和過鈍化行為影響不大，流速增大，鈍化電流密度增大，說明流速增大，鈍化膜的溶解速率增大。不銹鋼在流動硝酸中的耐蝕性，隨著沖擊角的增大逐漸變小。沖擊角的變化