儲存過程中不銹鋼管點蝕原因分析與防控

 浙江至德鋼業(yè)有限公司發(fā)現(xiàn)在儲存過程中不銹鋼管就已經(jīng)發(fā)生點蝕的案例至少有3起，國內(nèi)2起，國外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)有了點蝕坑，此案例的點蝕原因分析如下：

一、現(xiàn)場調(diào)查

    現(xiàn)場調(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圖。發(fā)現(xiàn)一些管子已經(jīng)有了點蝕坑，有點蝕坑的不銹鋼管照片見圖，點蝕坑沿軸向隨機分布。不銹鋼管材料牌號為304，外徑叫9mm,厚度0.91mm?，F(xiàn)場取不銹鋼管樣帶回實驗室檢測分析。

  1. 腐蝕失效分析

    在實驗室通過化學(xué)成分和金相分析，拉伸性能檢測，表面形貌及微區(qū)成分分析等方法對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

   在樣品管未腐蝕的地方取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果見表。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。有點蝕坑試樣的金相顯微組織見圖，未腐蝕處剖面試樣的金相顯微組織見圖。由圖可見，點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，與有點蝕試樣的金相顯微組織無明顯差異。

   在WE- 100液壓式萬能試驗機上檢測了無腐蝕坑不銹鋼管樣的拉伸性能，屈服強度、抗拉強度和延伸率分別為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，并對試樣表面采用EDS能譜分析。無腐蝕區(qū)域的試樣經(jīng)打磨后檢測，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)匯總見表，掃描電鏡照片和EDS能譜圖見圖。

    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微生物腐蝕的結(jié)果。另外，還有元素K和Ca，提示有鹽類存在。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時間，腐蝕坑中的非不銹鋼成分應(yīng)來自環(huán)境，如雨水。由于日曬雨淋，雨水中的氯化物和硫化物還會在不銹鋼管表面濃縮富集，最終引起不銹鋼管的腐蝕。

三、點蝕原因與防控

    不銹鋼管質(zhì)量合格，點蝕的原因是長期露天存放，包裝木箱已經(jīng)霉變腐爛，不銹鋼管經(jīng)過日曬雨淋，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存儲期間保持完好，應(yīng)該在室內(nèi)存放。

四、儲存原因引起不銹鋼管點蝕的其它案例

    廣東某熱電公司2x300MW熱電機組凝汽器換熱管為國電南方設(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)場后，由于現(xiàn)場施工條件所限，無法室內(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，包裝箱木質(zhì)材料已朽爛，雨水進(jìn)入了包裝箱。安裝時發(fā)現(xiàn)有一些不銹鋼管己經(jīng)腐蝕穿孔，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，外觀檢查，化學(xué)成分和金相分析，夾雜物檢測，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，保管儲存不當(dāng)，外部潮濕環(huán)境中氛化物和硫化物長期與不銹鋼管接觸是不銹鋼管點蝕的主要原因，不銹鋼材料含有少量夾雜物是正常的，因此有關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對不銹鋼材料夾雜物的定性級別都有規(guī)定，從檢測結(jié)果看，本例不銹鋼焊接管非金屬夾雜物含量符合規(guī)定級別，不是腐蝕的主要原因。

    印度JD電廠有4臺135MW機組，凝汽器由我國某電力設(shè)備制造商承包。2010年7月，該公司接到JD電廠2#機組凝汽器不銹鋼管腐蝕泄露的報告，該公司立即安排相關(guān)專業(yè)人員與管子制造商一起赴現(xiàn)場調(diào)查、取證以及協(xié)助處理。在JD電廠，對現(xiàn)場存儲狀況，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，委托上海某單位對實樣進(jìn)行失效分析，查明點蝕原因。圖是JD電廠2#機組凝汽器不銹鋼管腐蝕照片。

    存放管子的箱子堆放在露天，沒有采取任何防雨措施。管子發(fā)運后在現(xiàn)場長期未使用，堆放時間達(dá)一年之久，有了足夠的腐蝕時間。包裝箱已經(jīng)破損，而且未采取補救措施，造成箱內(nèi)進(jìn)水。在JD電廠堆場(倉庫)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存不當(dāng)，受到了外界硫化合物的污染。