儲(chǔ)存過(guò)程中不銹鋼管點(diǎn)蝕原因分析與防控

 浙江至德鋼業(yè)有限公司發(fā)現(xiàn)在儲(chǔ)存過(guò)程中不銹鋼管就已經(jīng)發(fā)生點(diǎn)蝕的案例至少有3起，國(guó)內(nèi)2起，國(guó)外1起。某電站設(shè)備制造商用不銹鋼焊接管作為核電站給水加熱器的換熱管，在不銹鋼管存放期間就發(fā)現(xiàn)不銹鋼管己經(jīng)有了點(diǎn)蝕坑，此案例的點(diǎn)蝕原因分析如下：

一、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

    現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不銹鋼管及其包裝木箱己在室外存放了約6-7個(gè)月，經(jīng)歷了多雨炎熱的夏天，包裝木箱已經(jīng)霉變腐爛，箱內(nèi)有明顯的水跡，霉變腐爛的包裝木箱照片見(jiàn)圖。發(fā)現(xiàn)一些管子已經(jīng)有了點(diǎn)蝕坑，有點(diǎn)蝕坑的不銹鋼管照片見(jiàn)圖，點(diǎn)蝕坑沿軸向隨機(jī)分布。不銹鋼管材料牌號(hào)為304，外徑叫9mm,厚度0.91mm?，F(xiàn)場(chǎng)取不銹鋼管樣帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析。

  1. 腐蝕失效分析

    在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)化學(xué)成分和金相分析，拉伸性能檢測(cè)，表面形貌及微區(qū)成分分析等方法對(duì)不銹鋼管的腐蝕失效原因進(jìn)行了分析。

  2. 化學(xué)成分、金相分析及拉伸性能檢測(cè)

   在樣品管未腐蝕的地方取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表。不銹鋼管的化學(xué)成分符合給水加熱器用奧氏體不銹鋼焊接管304的要求。

   截取樣品不銹鋼管點(diǎn)蝕坑剖面試樣和未腐蝕處的剖面試樣，經(jīng)鑲嵌、磨拋后置于顯微鏡下觀察。有點(diǎn)蝕坑試樣的金相顯微組織見(jiàn)圖，未腐蝕處剖面試樣的金相顯微組織見(jiàn)圖。由圖可見(jiàn)，點(diǎn)蝕試樣的金相顯微組織是奧氏體，除腐蝕缺損外，基體的金相顯微組織本身未見(jiàn)明顯缺陷；未腐蝕處剖面試樣的金相顯微組織也是奧氏體，與有點(diǎn)蝕試樣的金相顯微組織無(wú)明顯差異。

   在WE- 100液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上檢測(cè)了無(wú)腐蝕坑不銹鋼管樣的拉伸性能，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為310MPa, 680MPa和50%，均符合ASTMA688的規(guī)定(分別大于205 MPa, 515 MPa和35%).

 二、表面形貌及微區(qū)成分分析

    截取無(wú)腐蝕區(qū)域的試樣和有腐蝕坑區(qū)域的試樣，放入日立公司SU-1500掃描電鏡觀察，并對(duì)試樣表面采用EDS能譜分析。無(wú)腐蝕區(qū)域的試樣經(jīng)打磨后檢測(cè)，其EDS能譜分析的結(jié)果反映的是不銹鋼材料本身的化學(xué)元素，可作為基準(zhǔn)與腐蝕坑處的EDS能譜分析結(jié)果進(jìn)行比較。EDS能譜分析數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表，掃描電鏡照片和EDS能譜圖見(jiàn)圖。

    1. 不銹鋼本體中鉻, 鎳等元素的含量與化學(xué)分析結(jié)果比較吻合。

    2. 腐蝕坑中元素含量與不銹鋼本體有巨大差異，存在許多不銹鋼本體中沒(méi)有的成分，不僅有氯化物，還有數(shù)量較多的硫元素。氯和硫均容易引起不銹鋼管的腐蝕，結(jié)合包裝木箱進(jìn)水霉變腐爛的情況，硫元素的存在也有可能是硫類(lèi)微生物腐蝕的結(jié)果。另外，還有元素K和Ca，提示有鹽類(lèi)存在。氧元素含量較高，提示有氧化物和含氧酸鹽，如硫酸鹽等。

     由于不銹鋼管露天存放了很長(zhǎng)時(shí)間，腐蝕坑中的非不銹鋼成分應(yīng)來(lái)自環(huán)境，如雨水。由于日曬雨淋，雨水中的氯化物和硫化物還會(huì)在不銹鋼管表面濃縮富集，最終引起不銹鋼管的腐蝕。

三、點(diǎn)蝕原因與防控

    不銹鋼管質(zhì)量合格，點(diǎn)蝕的原因是長(zhǎng)期露天存放，包裝木箱已經(jīng)霉變腐爛，不銹鋼管經(jīng)過(guò)日曬雨淋，環(huán)境中的氯化物和硫化物在不銹鋼管表面濃縮富集，腐蝕是由外界的氯化物和硫化物引起的點(diǎn)蝕，也可能是硫化物引起的微生物腐蝕。防控方法就是不銹鋼管包裝箱必須在整個(gè)存儲(chǔ)期間保持完好，應(yīng)該在室內(nèi)存放。

四、儲(chǔ)存原因引起不銹鋼管點(diǎn)蝕的其它案例

    廣東某熱電公司2x300MW熱電機(jī)組凝汽器換熱管為國(guó)電南方設(shè)備公司生產(chǎn)的304不銹鋼焊接管，25x0.7mm。不銹鋼管交付到用戶現(xiàn)場(chǎng)后，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件所限，無(wú)法室內(nèi)存放，只能數(shù)層包裝箱疊壓露天放置約1年半，由于廣東地處珠江三角洲，瀕臨南海，屬熱帶季風(fēng)海洋氣候，溫暖多雨、空氣濕潤(rùn)，包裝箱木質(zhì)材料已朽爛，雨水進(jìn)入了包裝箱。安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)有一些不銹鋼管己經(jīng)腐蝕穿孔，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，外觀檢查，化學(xué)成分和金相分析，夾雜物檢測(cè)，腐蝕形貌和微區(qū)成分分析，得出的主要結(jié)論是:

    不銹鋼管腐蝕是從管外開(kāi)始的，管子材質(zhì)，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，金相組織正常，質(zhì)量合格。不銹鋼管腐蝕產(chǎn)物中氯和硫元素均異常升高，保管儲(chǔ)存不當(dāng)，外部潮濕環(huán)境中氛化物和硫化物長(zhǎng)期與不銹鋼管接觸是不銹鋼管點(diǎn)蝕的主要原因，不銹鋼材料含有少量夾雜物是正常的，因此有關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不銹鋼材料夾雜物的定性級(jí)別都有規(guī)定，從檢測(cè)結(jié)果看，本例不銹鋼焊接管非金屬夾雜物含量符合規(guī)定級(jí)別，不是腐蝕的主要原因。

    印度JD電廠有4臺(tái)135MW機(jī)組，凝汽器由我國(guó)某電力設(shè)備制造商承包。2010年7月，該公司接到JD電廠2#機(jī)組凝汽器不銹鋼管腐蝕泄露的報(bào)告，該公司立即安排相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員與管子制造商一起赴現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取證以及協(xié)助處理。在JD電廠，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)狀況，環(huán)境及設(shè)備安裝進(jìn)度進(jìn)行了深入的了解和記錄，并分別取了腐蝕管樣，委托上海某單位對(duì)實(shí)樣進(jìn)行失效分析，查明點(diǎn)蝕原因。圖是JD電廠2#機(jī)組凝汽器不銹鋼管腐蝕照片。

    存放管子的箱子堆放在露天，沒(méi)有采取任何防雨措施。管子發(fā)運(yùn)后在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期未使用，堆放時(shí)間達(dá)一年之久，有了足夠的腐蝕時(shí)間。包裝箱已經(jīng)破損，而且未采取補(bǔ)救措施，造成箱內(nèi)進(jìn)水。在JD電廠堆場(chǎng)(倉(cāng)庫(kù))曾嗅到刺鼻的二氧化硫氣味，緊鄰電廠有一座坑口煤礦，且有自燃現(xiàn)象，二氧化硫氣味就是煤自嫩后發(fā)出的。二氧化硫遇水會(huì)生成稀硫酸，隨著降雨粘附在不銹鋼管子表面。電廠當(dāng)?shù)氐母邷?、雨季與二氧化硫氣體合在一起，構(gòu)成了天然的污染源。

   根據(jù)制造商的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、管樣質(zhì)量復(fù)檢和上海某單位的不銹鋼管腐蝕失效分析，得出的主要結(jié)論是:管子材質(zhì)，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，質(zhì)量合格，晶界沒(méi)有碳析出現(xiàn)象，排除了存在晶間腐蝕的可能，JD電廠不銹鋼管腐蝕產(chǎn)物中硫和氧元素均異常升高，造成腐蝕的主要原因是不銹鋼管保管儲(chǔ)存不當(dāng)，受到了外界硫化合物的污染。