关注碱性应力腐蚀开裂

关注碱性应力腐蚀开裂

碱溶液中的腐蚀

在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。

一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。

合金抗碱溶液腐蚀的能力

碳钢和低合金钢

任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。

铁素体不锈钢

高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊

接韧性和在高温下的低强度。因此，它们不能正常的应用

于压力容器。

奥氏体不锈钢

研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度

和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀

开裂。图3显示了所开发的图。1mpy的等蚀线在大约100°

C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮

廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。

300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能

会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察

到了。因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。

对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。在更高的温度下将会产生碱性开裂。300系列不

锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。

双相不锈钢

双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的

能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。具

有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金，

抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。据报道，2205

不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。

高含镍量的奥氏体不锈钢

高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利

和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。与300系列不锈钢相比较，这些合

金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。

镍合金

在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高

温度下，也会对腐蚀开裂敏感。图4显示了镍和镍合金的应力腐蚀开裂范围。

图 1：氢氧化钠环境下的碳钢使用图

图 2：碳钢的应力腐蚀开裂（MSR的照片）

图 3：300系列不锈钢碱性应力腐蚀的敏感区域

图 4：镍和其他合金的碱性应力腐蚀范围（2008年11月）