有關資料顯示,一般在常溫常壓下水中CL離子的含量在300PPM對不銹鋼水箱是不會有太大的影響,但在一定的壓力條件下就不行了,比如不銹鋼設備試壓 CL離子的含量必須控制以25PPM以下。另外根據 《生活飲用水衛生標準GB5749-2006》對游離氯的規定為4mg/L即4PPM,所以此影響可以忽略。
1、對鈍化膜的破壞
目前有幾種理論,比較權威:
1>成相膜理論:Cl-半徑小,穿透能力強,容易穿透氧化膜內極小的孔隙,到達金屬表面,并與金屬相互作用形成了可溶性的化合物,使氧化膜的結構發生變化?!?/p>
2>吸附理論:Cl-有很強的可被金屬吸附的能力,優先被金屬吸附,并從金屬表面把氧排掉,氯離子和氧離子爭奪金屬表面上的吸附點,甚至可以取代吸 附中的鈍化離子與金屬形成氯化物,氯化物與金屬表面的吸附并不穩定,形成了可溶性物質,這樣導致了腐蝕的加速
2、孔蝕(點蝕) 孔蝕失效機理
在壓力容器表面的局部地區,出現向深處腐蝕的小孔,其余地區不腐蝕或腐蝕輕微,這種腐蝕形態稱為小孔腐蝕(也稱點蝕) 。點蝕一般在靜止的介質中容易發生。具有自鈍化特性的金屬在含有氯離子的介質中,經常發生孔蝕。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發展,孔蝕一旦形成,具有 深挖的動力,即向深處自動加速。含有氯離子的水溶液中,不銹鋼表面的氧化膜便產生了溶解,其原因是由于氯離子能優先有選擇地吸附在氧化膜上,把氧原子排 掉,然后和氧化膜中的陽離子結合成可溶性氯化物,結果在基底金屬上生成孔徑為20μm~30μm 小蝕坑,這些小蝕坑便是孔蝕核。在外加陽極極化條件下,只要介質中含有一定量的氯離子,便可能使蝕核發展成蝕孔。在自然條件下的腐蝕,含氯離子的介質中含 有氧或陽離子氧或陽離子氧化劑時,能促使蝕核長大成蝕孔。氧化劑能促進陽極極化過程,使金屬的腐蝕電位上升至孔蝕臨界電位以上。蝕孔內的金屬表面處于活化 狀態,電位較負,蝕孔外的金屬表面處于鈍化狀態,電位較正,于是孔內和孔外構成一個活態———鈍態微電偶腐蝕電池,電池具有大陰極小陽極面積比結構,陽極 電流密度很大,蝕孔加深很快,孔外金屬表面同時受到陰極保護,可繼續維持鈍化狀態。
由于陰、陽兩極彼此分離,二次腐蝕產物將在孔口形成,沒有多大的保護作用??變冉橘|相對于孔外介質呈滯流狀態,溶解的金屬陽離子不易往外擴散,溶解氧也不 易擴散進來。由于孔內金屬陽離子濃度增加,氯離子遷入以維持電中性,這樣就使孔內形成金屬氯化物的濃溶液,這種濃溶液可使孔內金屬表面繼續維持活化狀態。 又由于氯化物水解的結果,孔內介質酸度增加,使陽極溶解加快,蝕孔進一步發展,孔口介質的pH值逐漸升高,水中的可溶性鹽將轉化為沉淀物,結果銹層、垢層 一起在孔口沉積形成一個閉塞電池。閉塞電池形成后,孔內、外物質交換更加困難,使孔內金屬氯化物更加濃縮,氯化物水解使介質酸度進一步增加,酸度的增加將 使陽極溶解速度進一步加快,蝕孔的高速度深化,可把金屬斷面蝕穿。這種由閉塞電路引起的孔內酸化從而加速腐蝕的作用稱為自催化酸化作用。影響孔蝕的因素很 多,金屬或合金的性質、表面狀態,介質的性質、pH值、溫度等都是影響孔蝕的主要因素。大多數的孔蝕都是在含有氯離子或氯化物的介質中發生的。具有自鈍化 特性的金屬,孔蝕的敏感性較高,鈍化能力越強,則敏感性越高。
3、應力腐蝕
應力腐蝕(或稱應力腐蝕開裂)是指金屬在特定腐蝕介質和一定水平拉應力的同時作用發生的脆性開裂。應力腐蝕必須要三個條件同時具備,即一定水平的拉應力, 特定的腐蝕介質以及對該腐蝕介質具有應力腐蝕敏感的鋼材。” 在 制造過程中產生的各種殘余應力,如裝配過程中產生的裝配殘余應力,制造過程中產生的焊接殘余應力。在化工生產中,壓力容器所接觸的介質是多種多樣的,很多 介質中含有氯離子,在這些條件下,壓力容器就發生應力腐蝕失效。鉻鎳不銹鋼在含有氧的氯離子的水溶液中,首先在金屬表面形成了一層氧化膜,它阻止了腐蝕的 進行,使不銹鋼鈍化。由于壓力容器本身的拉應力和保護膜增厚帶來的附加應力,使局部地區的保護膜破裂,破裂處的基體金屬直接暴露在腐蝕介質中,該處的電極 電位比保護膜完整的部分低,形成了微電池的陽極,產生陽極溶解。因為陽極小、陰極大,所以陽極溶解速度很大,腐蝕到一定程度后,又形成新的保護膜,但在拉 應力的作用下又可重新破壞,發生新的陽極溶解。在這種保護膜反復形成和反復破裂過程中,就會使某些局部地區的腐蝕加深,最后形成孔洞,而孔洞的存在又造成 應力集中,更加速了孔洞表面的塑性變形和保護膜的破裂。這種拉應力與腐蝕介質的共同作用便形成了應力腐蝕裂紋.氯離子對不銹鋼水箱的腐蝕最主要的是點腐 蝕。
不銹鋼耐腐蝕是由于在不銹鋼表面生成了一層極薄的、粘著性好的、半透明的氧化鉻薄膜。這層膜一旦遭到破壞,鋼中的鉻與大氣中的氧發生化學反應就能迅速地恢 復這層薄膜,同時,機械損傷也能很快再生成一層保護薄膜。但是,如果受到離子的化學侵蝕,比如氯離子,可能難于抵抗侵蝕,這就可能因氧氣毫無阻擋地進入, 而使腐蝕加劇。
在用不銹鋼制造的壓力容器中,如果有氯化物溶液存在,會產生應力腐蝕。這是由于溶液中的氯離子使不銹鋼表面的鈍化膜受到破壞,在拉伸應力的作用下,鈍化膜 被破壞的區域就會產生裂紋,成為腐蝕電池的陽極區,連續不斷的電化學腐蝕最終可能導致金屬的斷裂。這種腐蝕與氯離子的濃度關系不大,即使是微量的氯離子, 也可能產生應力腐蝕。