不銹鋼硝酸輸送管道焊縫的腐蝕失效原因

奧氏體不銹鋼因在硝酸環(huán)境中能夠生成致密的鈍化膜，且具有良好的成型和焊接性能而廣泛用于稀硝酸生產(chǎn)設(shè)備和管道中，但是在實(shí)際使用過程中，因?yàn)楹附犹幚聿划?dāng)，經(jīng)常導(dǎo)致焊縫發(fā)生腐蝕失效。目前，硝酸生產(chǎn)設(shè)備多采用304或304L不銹鋼，設(shè)備及管道內(nèi)部會(huì)發(fā)生不易被發(fā)現(xiàn)的晶間腐蝕，往往會(huì)造成設(shè)備、管道壽命減短甚至突然失效。

某廠采用直硝法的生產(chǎn)工藝，2010年擴(kuò)能改造后的一年內(nèi)，硝酸生產(chǎn)裝置中的設(shè)備和管道多次發(fā)生腐蝕。檢修發(fā)現(xiàn)，在管線焊縫部位的熱影響區(qū)出現(xiàn)刀口狀腐蝕溝槽，部分管線甚至在數(shù)月內(nèi)就因?yàn)楦g穿透導(dǎo)致硝酸泄漏，不得不頻繁更換管線。這不僅影響企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度，還提高了硝酸生產(chǎn)成本。

研究人員通過化學(xué)成分分析、微觀腐蝕形貌觀察、腐蝕產(chǎn)物成分分析和金相組織分析等方法對現(xiàn)場發(fā)生焊縫腐蝕失效的管道進(jìn)行研究，找出焊縫發(fā)生腐蝕失效的原因，以期為硝酸管道和設(shè)備的焊接發(fā)生腐蝕失效的原因，以期為硝酸管道和設(shè)備的焊接和腐蝕防護(hù)提供指導(dǎo)。

將腐蝕失效的304管道用線切割機(jī)沿著軸線剖分，并在腐蝕失效部位附近用線切割機(jī)切取兩個(gè)尺寸為46mm×6mm的試樣，截取的腐蝕試樣包括三通母材、兩側(cè)熱影響區(qū)、焊縫、直管母材。試樣采用丙酮去油，然后浸泡在無水乙醇中2h，充分清潔管道內(nèi)壁，然后用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干備用。

采用掃描電鏡，分別觀察腐蝕失效管道內(nèi)壁母材、焊縫、熱影響區(qū)的表面腐蝕形貌。同時(shí)采用能譜儀對試樣表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行元素分析，主要測定Cr、Ni、O、Fe、C等元素含量。用數(shù)碼金相顯微鏡進(jìn)行金相組織、晶粒度的觀察。研究結(jié)果表明：

（1）三通母材的晶間腐蝕程度大于直管母材的。雖然母材均為304不銹鋼，但在制造過程中，三通與直管成型工藝和熱處理的差異導(dǎo)致二者金相組織致密程度不同，從而造成二者耐蝕性不同。

（2）三通母材和直管母材表面發(fā)生較為均勻的晶間腐蝕，兩種母材的耐蝕性良好，但在焊接熱影響區(qū)，兩種材料的耐蝕性差別較大，熱影響區(qū)材料的腐蝕速率明顯大于母材的，三通一側(cè)熱影響區(qū)的腐蝕速率顯著大于其他區(qū)域的。三通母材和直管母材的Cr和Ni含量基本相同，但三通母材的碳含量是直管母材碳含量的1.8倍。碳含量是影響304不銹鋼焊接接頭在硝酸中耐蝕性的關(guān)鍵因素。