浅析不锈钢压力容器的腐蚀与防护

浅析不锈钢压力容器的腐蚀与防护

提要：在医药化工行业中，奥氏体不锈钢压力容器的腐蚀一直是影响设备使用年限的重要问题。不锈钢压力容器的腐蚀与防护成为我们设备制造方和设备使用方共同关心和探讨研究的

话题。

关键词：不锈钢压力容器；腐蚀；材料；防护

在医药化工行业中，物料的成份较为复杂，尤其在腐蚀的环境下，压力容器材料多选用奥氏

体不锈钢；不锈钢除应具有优良的力学性能外，还具有优良的耐腐蚀、耐高温及耐低温性，

但腐蚀一直是影响设备使用年限的重要问题。随着现代工业的发展，设备使用的腐蚀与防护

是双方共同关心的问题。

1、设备的腐蚀情况

金属材料表面和环境介质发生化学和电化学作用，引起材料的退化和破坏叫做腐蚀。腐蚀是

某种物质由于环境作用引起的破坏和变质（性能降低）。

多年来，在医药化工行业中，虽然已确定腐蚀的存在，但对其范围及影响的后果没有认真深

入地研究。有一设备制造厂生产的不锈钢压力容器使用不到半年就产生严重的腐蚀，焊缝部

分腐蚀、生锈，而且板材也产生了蚀坑。导致损失严重。后经权威部门分析认定制造时组装

以及使用时过量使用含氯离子的化学品造成设备材料局部腐蚀和应力腐蚀。统计表明，不锈

钢压力容器腐蚀失效要比强度失效事故多的多。因此，如何解决和控制压力容器的腐蚀与防

护对企业的发展起着至关重要的作用。

2、腐蚀的类型和机理

由于金属腐蚀的现象和机理比较复杂，因此金属腐蚀的分类也是多种多样的。奥氏体不锈钢

材料制造的印染设备腐蚀主要表现在（1）电偶腐蚀（2）孔蚀（3）缝隙腐蚀（4）晶间腐蚀（5）应力腐蚀。由于受染液化学成分的多样性的原因，印染设备腐蚀并不是上述单一形成

的破坏结果，而是几种腐蚀所形成的综合效应。

2.1 电偶腐蚀

两种电位不同的金属在染液中相接触，电位较负的金属加速腐蚀，称为电偶

腐蚀。电偶腐蚀受介质成分、介质性质、温度、表面状况等因素的影响，而医药化工设备使

用过程中频繁交替使用NaOH、Na2CO2、醋等酸、NaCl等化学品，就会使材料在拉应力或残

余应力作用下，钢材微裂纹的发展直至破裂。电偶腐蚀易发生在焊缝及其热影响区。

2.2 孔蚀

孔蚀的破坏性和隐患性很大。不仅会造成设备的穿孔破坏，而且也常常引发其局部腐蚀的起

源点，使之加速萌生和扩展。凡表面能生成氧化膜或钝化膜的金属，在含有CL_等卤素离子、S2O3-等溶液中都可能产生孔蚀。当表面膜由于机械损伤或组织缺陷等原因引起局部破损时，裸露的金属就在介质与周围的钝态金属形成活化—钝化腐蚀电池，并产生蚀点，当蚀点形成

以后，由于其中有害离子浓度逐渐升高以及氧浓度闭塞电池的作用，使腐蚀不断向纵深发展，成内腔形状不一的蚀孔。孔蚀在静止介质中最易形成。

因此，凡影响介质流动的部位，包括结构设计的死角、各种表面损伤和焊接缺陷以及破坏表

面钝化膜和表面光洁的成形工艺都会加速孔蚀的产生。此外，焊接应力也对孔蚀产生促进作用。

2.3 缝隙腐蚀

与孔蚀相似，缝隙腐蚀的产生也是以形成闭塞电池为前提，而形成的缝隙加速这个过程的进行。缝隙可以是结构因素或工艺因素引起的。包括各种焊接缺陷在内。金属的成分和组织对

缝隙腐蚀也有直接影响，双相不锈钢界面是缝隙腐蚀诱发和扩展的敏感部位。

2.4 晶间腐蚀

晶间腐蚀的特征是介质由于金属表面沿晶界向内部扩展，造成沿晶的腐蚀破坏，危害极大。

其根源在于受热后晶界物理化学状态发生变异，晶粒之间形成腐蚀。固溶态奥氏体不锈钢材

料经焊接热加工成型，晶间腐蚀的倾向常为大为提高。

晶间腐蚀倾向的敏感温度与加热时间存在着一定的关系。出现晶间腐蚀是在敏化温度作用下，原以过饱和状态存在的超出室温下的那部分碳想晶界扩散，并与铬形成碳化物而沉积于晶界

形成贫铬区。从而在沿晶间贫铬区形成了腐蚀通道。

2. 5应力腐蚀

应力腐蚀是在拉应力与腐蚀介质共同作用下引起的破裂。在特定成分及组织金属、特定的环境、足够大的拉应力才会产生。拉应力主要来自构件中的残余应力，其中由冷热加工及装配

残余应力为主。奥氏体不锈钢易产生应力腐蚀的环境为CL_、F_、Br_、海水、NaOH- H2S水

溶液、NaOH- H2O2水溶液、高温高压含氧高纯水、含CL_的冷凝水。并且应力腐蚀随环境温

度和介质浓度的升高而增大。奥氏体的临界抗力由大到小发布为焊缝、母材、低温敏化区、

高温敏化区、高温区、过热区。

3、引起设备金属腐蚀的因素

3.1 钢材的化学成分

在恶劣的环境下，选择设备受压材料十分重要，应选择耐蚀性能高的材料和与之匹配的焊接

材料，尽量选用超低碳或稳定化型不锈钢，配合相宜的超低碳焊接材料。如含Mo材料，Mo

能有效提高不锈钢及焊缝的抗蚀性。

3.2 物料控制

标准规定奥氏体不锈钢材料的水中CL离子含量不超过25PPm，而在实际使用中，厂家为达

到节省原材料而过量的使用NaCl、NaOH等化学品，严重违反操作要求，降低产品的使用寿命，甚至会发生严重事故。

3.3 制造缺陷

在压力容器的制造过程中，由于锻压、金加工、冷作、焊接等原因，在容器设备表面留下划痕、凹坑、裂纹、应力等制造缺陷。当容器设备在腐蚀介质中运转工作时，这些缺陷易引发

材料及焊缝的腐蚀，因问题而检修给企业带来巨大的经济损失。

3.4 结构设计

结构设计的不合理易造成设备的应力集中而引起应力腐蚀，以及残留介质对设备的应力腐蚀，危害极大。

4、腐蚀的防护对策和建议

4.1 设计

为了保证压力容器的长期安全运行，合理选材，正确设计是十分重要的工作。应从源头重视，慎选设备各受压元件的材料，设计人员首先应根据具体的工作条件，如介质的工作性质、工

作温度、工作压力、流量及物料组成的特性，特别含有强腐蚀性的物料组合成分来正确选择