不锈钢钢管腐蚀泄漏原因分析

陈红军

摘 要：主要針对不锈钢钢管腐蚀泄漏的原因展开了分析，对不锈钢材料的特点作了说明，详细阐述了宏观检查和微观试验，并对腐蚀泄漏的原因作了深入研究，以期为相关单位的需要提供参考和借鉴。

关键词：不锈钢；钢管；腐蚀泄漏；机械性能

中图分类号：TG142.71 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.064

不锈钢钢管是一种中空的长条圆筒状钢材，由于其具有相对良好的机械性能、耐蚀性能、经济性能，在众多行业领域得到了广泛应用。但不锈钢钢管仍然存在腐蚀泄漏的问题，影响着不锈钢钢管的正常使用。因此，我们需要对腐蚀泄漏的原因进行认真分析，以解决不锈钢钢管的腐蚀渗漏问题。

1 不锈钢材料特点分析

1.1 材料特点

不锈钢全称为不锈耐酸钢，有非常好的耐腐蚀性能，在大气中年平均腐蚀率≤0.01 mm。不锈钢中主要的合金元素是铬和镍，在普通的低碳钢中只要加入≥12%分子量的铬，整个钢材就有了抗腐蚀性能。冷凝器换热管的使用材料一般为00Cr18Ni10（即通常所说的304L），是一种超低碳不锈钢，其中，Cr的含量为18%左右，Ni的含量为10%左右，也是在工业应用中最常规的不锈钢品种。不锈钢外表面的有一层氧化膜，称为钝化膜，这层膜使材料中的金属元素与空气中的氧隔离，从而起到防腐作用。

1.2 加工特点

不锈钢管的性能除了与材料本身有关外，还与其加工方式有着密切的关系。无缝管的制作过程是用合格的坯料冷拔成形，然后进行固溶处理（即高温回火+淬火），接着静置于强酸环境中酸洗钝化，使之形成一层钝化膜，整个处理过程是与不锈钢板材相同的。由于体积小、易处理，其机械性能优于板材。而其加工工艺决定了它的厚度比焊管厚。焊管是由冷轧成的钢带（经固溶处理）经模具后挤压成钢管形状，然后由自动氩弧焊自熔焊接而成成形并经校直后低温消应力回火，最后进行酸洗钝化。由于生产的钢带厚度可控制得比较薄，且生产的成本也较低，因此，焊管的价格相对便宜。

在局部机械性能及化学成分分析上，焊管的性能与无缝管并无明显差别，但焊管的焊缝是一个薄弱环节，其并不体现在力学上，而是体现在耐腐蚀性能上。由于在焊接的高温环境中，奥氏体中固溶的碳化物在奥氏体晶间沉淀析出，即可产生敏化现象，造成碳化物邻近部分形成贫铬区，又因是自熔焊接，所以，合金元素Cr得不到有效补充，使其抗晶间腐蚀的能力降低。

2 宏观检查分析

2.1 外观检查

宏观检查发现，腐蚀是局部的。泄漏部位管外壁有穿透型腐蚀小孔，周围有黄色的腐蚀凹坑，此外，还有多处黄色腐蚀斑渍。剖开管子发现，内壁除有1处从外壁腐蚀穿透的小孔，无其他缺陷与腐蚀迹象。由此可见，腐蚀是从管外壁开始的。

2.2 涡流检测

5号机凝汽器共有21 494根TP304L不锈钢管，现场100%涡流检测共发现10个批次265根不锈钢管存在超标缺陷，占检测数量的1.23%.主要缺陷为面积型腐蚀和点蚀，部分存在裂纹缺陷。

3 微观试验分析

3.1 金相组织分析

凝汽器穿孔管的组织为奥氏体，其孔洞具有腐蚀的特征，见图1.

3.2 化学成分分析

对不锈钢管的C、S、P、Cr、Ni等5种元素的含量进行检测，结果显示，不锈钢管的上述5元素含量满足ASTMA213/213M标准要求，具体见表1.

3.3 腐蚀部位成分分析

利用电子探针对TP304L不锈钢管完好部位与穿孔部位进行成分检测，具体检测部位如图2所示，典型腐蚀部位电子探讨检测结果如表2所示。试样直接从失效钢管上用钢锯截取，表面未清洗处理，以保证腐蚀产物的完整。图2中a区域是不锈钢管完好部位的电子探针测量图，测量结果没有显示Cl和S元素；而b～d区域（穿孔部位）的Cl含量较高，最高可以达到1.96%，S的含量可达到1.21%.

3.4 腐蚀印证试验分析

配制6种含S、Cl溶液对完好的TP304L钢管进行腐蚀印证试验。这6种腐蚀溶液分别为H2SO4、CuSO4、Na2S、Na2S+H2SO4、Na2S+HCl和HCl，腐蚀时间为6 h，试验结果为：CuSO4、Na2S溶液与不锈钢管不反应，H2SO4溶液与Na2S+H2SO4溶液与不锈钢管的反应产物呈黑色，Na2S+HCl溶液和HCl与管子的腐蚀特征与穿孔钢管的特征非常相似。

3.5 包装塑料水浴脱Cl-试验分析

为了寻找腐蚀源Cl-，对某电厂TP304L不锈钢管包装塑料在一定的温度和时间下进行了水浴脱Cl-试验。其试验条件为：在200 mL的纯净水（60 ℃）中加热30 min，内层塑料尺寸为15.3 cm×10.6 cm，外层塑料尺寸为13.0 cm×12.4 cm。试验结果表明，内层塑料脱Cl-致水中Cl-的质量浓度为24.1 mg/L，外层塑料脱Cl-致水中Cl-的质量浓度为5.3 mg/L。

4 原因分析

奥氏体不锈钢表面钝化膜有一定的反应能力，在一般的介质中钝化膜的溶解和修复处于动平衡状态。但只要介质中含有活性阴离子时，自钝化的平衡态就会被破坏。此时，溶解就占优势，其原因是Cl-吸附在钝化膜表面，把氧原子排挤掉，使钝化膜上钝化比较薄弱的点域被击穿，腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域，并在这些点域形成深处发展的腐蚀小坑，而金属的大部分表面仍保持钝性。Cl-对不锈钢的腐蚀在极端情况下可在24 h内穿透，在这种情况下，材料的厚度不起主导作用。

通过对钢管腐蚀部位的成分分析发现，失效部位Cl和S含量较高，不符合ASTMA213/213M标准要求。同时，也说明Cl和S有可能是腐蚀产生的主要元素。

Cl主要的作用是降低点蚀电位，促进不锈钢钝化膜的破坏，导致点蚀产生，而S对点蚀电位影响不大，主要是增加钝态电流，改变钝化膜的性能，降低其防腐性能，二者腐蚀机制理不一样。腐蚀穿孔与酸性环境下的Cl和S腐蚀有关，且Cl对不锈钢腐蚀的影响更大，因为在HCl酸性环境下，不锈钢管的腐蚀特征与穿孔不锈钢管子特征非常相似；而在Na2S+H2SO4酸性环境下，与不锈钢管的腐蚀特征明显不同，因此，Cl-是腐蚀的关键因素。

腐蚀不锈钢管的塑料膜包装经塑料水浴脱Cl-试验分析结果表明，内层塑料Cl-浓度较高。而钢管包装按照《钢管的验收、包装、标准和质量证明书》（GB/T 2102—2006）的要求，不锈钢抛光管捆扎前应逐根用塑料薄膜包裹，冷拔或冷轧不锈钢管捆扎前，应用不少于2层的麻袋布、编织袋或塑料布紧密包裹。在潮湿环境下，塑料布由于有支撑，不与不锈钢管壁紧贴，而使用塑料膜则会紧贴不锈钢管壁形成水膜。一般使用的塑料膜为聚氯乙烯PVC，其分子链和助剂中含有Cl-离子，在南方春夏潮湿的环境中，阳光照射促使塑料断键，其Cl-离子会游离出来并在水膜中局部浓缩，从而形成腐蚀源。

经涡流检测发现，该批次的不锈钢管还存在裂纹等缺陷，说明该批管子材质存在质量控制不到位的情况。

5 结束语

综上所述，虽然不锈钢钢管有着相对良好的机械性能、耐蚀性能，但是其仍然会出现腐蚀泄漏的问题，需要我们及时对问题进行分析，并采取有效的解决措施，以减少腐蚀泄漏问题的出现，从而保障不锈钢钢管的正常使用。

参考文献

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[2]刘宏峰.不锈钢OOCr17Ni14Mo2材质管道腐蚀泄漏原因分析[J].化工安全与环境，2015（25）.

〔编辑：张思楠〕