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至德钢业双相不锈钢管焊接接头点蚀性能分析

来源:至德钢业 日期:2020-11-10 02:24:29 人气:29

 学者们普遍认为双相不锈钢管的点蚀一般经历了点蚀小孔的形核以及接下来的小孔逐渐长大两个阶段,同时对于点蚀形成的机制的理论较多,但是普遍被接受的是钝化吸附置换理论,点蚀小孔形成的内部反应机制如图所示。一般认为点蚀小孔的形成是由介质中的氯离子和氧气的吸附能力的强弱所引起的,当被腐蚀金属表面原来存留的氧气的吸附能力比介质中的氯离子弱时,氯离子会置换金属表面的氧气,进而会导致点蚀小孔的形成。当双相不锈钢管中铁素体相与奥氏体相的两相电位均低于钝化电位时,双相不锈钢管件表面就会发生钝化现象形成钝化膜,但是形成的钝化膜在双相不锈钢管件表面上分布不是特别均匀的。因而在局部比较脆弱的钝化膜区域,介质中的氯离子会置换氧气进而吸附在金属的表面并与金属反应,最后留下细小点状的腐蚀坑。同时在氯离子和氧气的竞相吸附过程中会产生氯离子的络合离子,这种离子会破坏金属表面的钝化膜,而且这种络合物溶于水中又会重新形成氯离子和铬离子。


 点蚀小孔形成后进入长大的阶段,在金属局部范围的阳极上因氯离子的吸附而溶解形成的Fe2+、Cr3+、Ni2+等离子会与水中的OH-离子结合进而形成H+离子,这样会导致腐蚀小孔中溶液的PH值下降,从而进一步加剧了与金属的反应使金属溶解;为了保证腐蚀小孔内的电荷平衡,介质中的氯离子又会进入小孔与吸附于金属表面而继续溶解金属,从而生成的高浓度的金属氯化物会导致H+离子的活度增强,并且阻碍了腐蚀小孔重新生成钝化膜,另外由于腐蚀生成的金属的氢氧化物的沉淀会堵塞腐蚀小孔,阻碍了腐蚀小孔内的腐蚀溶液稀释,进而也会促进腐蚀小孔继续向金属内部生长。


 关于双相不锈钢管点蚀性能的影响因素主要分为材料本身的因素和环境介质的因素,具体的主要因素如下:


一、合金元素的影响


 铬元素能够使双相不锈钢管更容易发生钝化;钼元素则能够提升金属表面钝化膜的稳定性;适量的镍含量能够通过控制组织来提高耐点蚀性能;氮元素可以阻碍点蚀小孔内的PH值下降,提前钝化小孔,另外氮元素还能够保持金属表面钝化膜的均一性来提高耐点蚀性能,氮元素也能够降低金属阳极的溶解速率。


二、双相不锈钢管中两相比例的影响


 通过大量的实验证明奥氏体相的耐点蚀当量PRE一般都要高于铁素体的耐点蚀当量PRE,但是相比例对点蚀性能的影响本质上还是两相内合金元素变化的影响


三、析出相的影响


 通常情况下金属间相σ沉淀相的析出会对双相不锈钢管的耐点蚀性能产生极大的影响,σ沉淀相一般会作为点蚀的敏感点而发生点蚀,形成小孔。


四、夹杂物的影响


 非金属夹杂物同金属间相σ沉淀相类似会影响双相不锈钢管件的耐点蚀性能,通常情况下夹杂物的区域也是点蚀小孔形成的敏感位置。根据ASTM A923-08(C法)标准,对双相不锈钢管件焊接接头试样进行FeCl3点蚀性能实验,采用平均腐蚀速率来衡量试样的点蚀程度。在不同焊接工艺、焊接保护气体、焊接线能量的所得的焊接接头的点蚀腐蚀速率分别见表。


 从表中可以看出,腐蚀试样1-3的腐蚀速率最大,说明了采用MMA焊的焊接接头的耐点蚀性能较差,而采用TIG焊的焊接接头的耐点蚀性能则相对于电弧焊的焊接接头的耐点蚀性能有较大幅度的提升。产生这种现象主要是由于焊接接头中的奥氏体与铁素体两相比例影响的,由于MMA焊的焊接接头中的奥氏体相的比例较小,导致焊接接头的耐点蚀性能下降;而TIG焊的焊接接头中奥氏体的相比例的得到了提升,进而也提升了焊接接头的耐点蚀性能。


 从表中可以发现,试样A-1到A-4的腐蚀速率逐渐降低,说明随着保护气中氮含量的逐渐升高,双相不锈钢管焊接接头在三氯化铁溶液中的耐点蚀性能逐渐升高,焊接接头试样的表面没有发现明显的点蚀坑形貌,并且几种试样的腐蚀速率都要远小于标准要求的腐蚀速率,说明采用不同保护气成分的双相不锈钢管的焊接接头的耐点蚀性能良好,能够满足生产实际要求。


 经分析认为:随着保护气中氮含量的逐渐升高,双相不锈钢管焊接接头的点蚀的腐蚀速率逐渐下降主要是因为:氮元素的作用使奥氏体相的含量增加,进而提高了双相不锈钢管件焊接接头的耐点蚀性能。另外经过大量的研究证明,适量的镍含量能够通过控制组织来提高耐点蚀性能;氮元素可以阻碍点蚀小孔内的PH值下降,提前钝化小孔,另外氮元素还能够保持金属表面钝化膜的均一性来提高耐点蚀性能,氮元素也能够降低金属阳极的溶解速率。以上的多重作用最终提高了双相不锈钢管件焊接接头的耐点蚀性能。


 对于试样B-1到B-3的腐蚀速率可以看出,随着焊接线能量的增加对应焊接接头的腐蚀速率变化不大。分析产生这种原因,可能是当双相不锈钢管焊接接头组织中奥氏体相比例达到一定程度后,接头的耐点蚀性能与奥氏体相比例的关系减弱,同样双相不锈钢管件组织中的晶粒度对其耐点蚀性能也会产生影响,从而当奥氏体相增多时焊接接头的耐点蚀性能也基本保持恒定。此外双相不锈钢管的耐点蚀性能还与接头组织中的铁素体与奥氏体两相中的合金成分也有一定关系。



本文标签:双相不锈钢管 

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