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无缝不锈钢管锈蚀原因分析

作者: | 发布时间: 2021-04-29 | 次浏览

某化工厂循环冷却水系统部分无缝钢管外表面局部严重诱性,通过宏观分析、化学成分分析、金相检验及锈性产物能谙分析等检侧手段对其诱性原因进行了分析。结果表明:该不锈钢管锈性是由其表面存在的折全和裂纹等缺陷以及腐性性介质共同作用的结果。最后根据锈性...

无缝钢管是一种经济型钢材,在国民经济中具有重要的地位,广泛应用于石油、化工、锅炉、电站、船舶、机械制造等各个部门。某化工厂换热管为苯乙烯装置主冷气用无缝换热管,规格为25 mm X2.5 mm,牌号20;管外介质为循环水,常温;管内介质为“碳五”(异戊二烯)气体。该管使用时间约8个月左右,例行检查时发现管外表面锈蚀严重,为防止不锈钢管穿孔发生严重事故,现场随后进行停机处理。为了查明该换热管外表面严重锈蚀的原因,笔者从现场取回一段失效试样进行检验和分析。

1理化检验

1.1宏观分析

    宏观观察发现,不锈钢管外表面锈蚀严重,局部锈蚀坑较深,为不均匀腐蚀,见图1。经酸浸清除浮锈后,可见局部有较深的麻坑缺陷,见图2不锈钢管内表面为较轻微的均匀腐蚀,为正常的腐蚀形态。

1.2化学成分分析

    从失效不锈钢管上任意位置取样进行化学成分分析,检验结果见表1。可见该不锈钢管的各元素含量均符合GB/T 699-199920高级优质钢成分的技术要求。

1.3非金属夹杂物检验

    在失效不锈钢管上截取纵断面大于200 mm2的试样进行非金属夹杂物观察,依据GB/T 10561-2005的评定结果为:AO, B1,CO. 5e,C1,D1. 5,DSO.非金属夹杂物分布于材料基体内部,未超出常规的控制级别.

1.4金相检验

    在失效不锈钢管上截取纵断面试样进行表面缺陷观察,不锈钢管外表面局部有锈蚀坑和折叠缺陷,见图3和图4。截取不锈钢管横截面试样进行显微组织观察,结果为铁素体+粒状珠光体,珠光体有球化倾向,见图5不锈钢管外表面均有脱碳,脱碳层最深达0.30 mm,同时观察到不锈钢管外侧有较多的折叠、裂纹和夹杂物,见图6。较深的脱碳层与显微组织趋于球化相吻合,说明不锈钢管在热处理时保温温度较高或保温时间较长。脱碳层处的折叠、裂纹和夹杂物等缺陷处容易聚集使用介质中的有害元素,导致不锈钢管外表面锈蚀。

1.5扫描电镜和能谱分析

    不锈钢管外壁上的锈蚀物进行扫描电镜观察和能谱分析,结果表明腐蚀产物主要含有碳、氧、硅、硫、钙、锰和铁等元素,见图7。对不锈钢管横截面外侧折叠处进行扫描电镜观察和能谱分析,结果表明裂纹内物质主要含有碳、氧、硅、硫、抓、锰和铁等元素,见图8。从能谱分析结果看,折叠处的夹杂物主要为铁、硅、钙、铝、镁等的氧化物,同时锈蚀物中含有腐蚀性元素硫和

1.6循环水检测

    2不锈钢管外当前循水与使用前配制循环水的水质检测结果,通过比较可以看出,经过长期使用的当前循环水与使用前配制循环水相比,pH值变化不大,基本还处于高碱性状态,该pH值有利于降低腐蚀速率;但当前循环水中的离子、酸盐、溶解性铁、溶解性总固体及电导率相比使用前分别提高T 217 mg·L-'187 mg·L-'0. 23 mg·L-1539 mg " 1.-',2 567 5s " cm -1.可能在使用过程中,循环水受到一定的污染,导致循环水中的抓离子、酸盐都处于偏高状态,溶解性铁及溶解性总固体含最的增加,导致循环水中电导率增加.

2综合分析

    综合分析以上理化检验结果可知,引起不锈钢管外表面产生严重锈蚀坑的原因有两方面,即材料方面及环境介质方面。

2.1材料影响方面

    材料对不锈钢管外表面严重腐蚀坑缺陷的影响主要表现在表面质量及显徽组织等方面。由以上分析可知,不锈钢管外表面存在较多的折叠、夹杂物及裂纹等缺陷.通常产生的主要原因是由于不锈钢管在再加热炉中保温时间过长或者加热炉温度过高,导致不锈钢管表面的氧化皮过厚,这样的不锈钢管经过定径或减径轧制时,其没有被除掉的氧化皮被压人到金属表面,形成折叠缺陷,在后续的加工工序或使用过程中氧化皮受外力的作用脱落形成麻坑或裂纹。这些折益、夹杂物和裂纹等缺陷缝隙处很容易吸附、聚集有害物质,造成该缺陷周边的金属腐蚀形成腐蚀坑。

    不锈钢管横截面显微组织中存在球化倾向的粒状珠光体以及不锈钢管表面有较深的脱碳层可知,不锈钢管外表面缺陷的产生确实与不锈钢管在热处理时保温时间较长或保温温度较高有很大的关系。同时不锈钢管外表面较深的脱碳层的硬度相对较低,其抗水流、泥沙等冲刷能力较差,所以在不锈钢管外表面也很容易造成已形成的腐蚀坑面积的扩大,加快腐蚀的速率。

2.2环境介质影响方面

    通常金属的不正常腐蚀都与环境因素有很大关系,特别是循环水中不锈钢管的腐蚀速率主要取决于环境介质。而环境介质中的氯离子和酸盐含量以及电导率起到很大的作用。

    从循环水水质检测结果可以看出,循环水中的氯离子、酸盐含量以及电导率都偏高。当氯离子含量较高时,活性的抓离子容易吸附在金属表面,和金属表面钝化膜中的阳离子反应生成可溶性抓化物,形成点蚀坑.酸盐也易与铁离子发生反应生成铁的硫化物,硫化物脱落后就在金属表面形成小坑。从扫描电镜和能谱分析结果看,不锈钢管外表面及其附近的锈蚀物中均含有腐蚀性元素硫和氯,与循环水的水质检测结果相吻合。同时溶解性铁及溶解性总固体含量的增加,进而使腐蚀电池的电流增大,导致循环水的电导率增加,也会加速不锈钢管外表面局部的腐蚀速率。

    综上所述,该不锈钢管外表面局部及其附近存在较多的折叠、裂纹、夹杂和脱碳等缺陷,成为有害元素富集处并形成腐蚀源,同时使用的循环水中含有较高的腐蚀性介质硫和抓,在钢管外表面局部缺陷处聚集,使表面缺陷及其周边金属基体产生锈蚀,同时循环水中电导率偏高,加速了钢管表面的局部腐蚀速率,使腐蚀产物及夹杂很快剥离、脱落形成外表面脱皮、锈蚀深坑。

3结论和建议

    (1)不锈钢管外表面局部严重腐蚀是由于钢管外表面本身存在折叠、夹杂物及裂纹等缺陷,以及使用的水介质中含有硫和氧等腐蚀性元素共同作用而产生的。

    (2)使用方应加强管材采购的验收工作,可以选择外表面有防腐涂层的竹材,从而减少管道的腐蚀,同时定期对循环水进行监测,加强对水源的保护,防止污染。

    (3)生产方应加强对不锈钢管生产工艺的控制,防止劣质产品流人市场。