徐昊，李萍，周彬，孫建，劉慶軍

（1.江蘇正帆華東凈化設(shè)備有限公司；2.江蘇菲達(dá)寶開電氣股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225800）

奧氏體不銹鋼由于其具有良好的力學(xué)和化學(xué)性能，如韌性和塑性高、質(zhì)量輕、外形精美等，因此被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中。然而，雖然奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的綜合性能，但在一些特殊工作環(huán)境中，很容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕等現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼設(shè)備一旦發(fā)生腐蝕，不但會造成設(shè)備停機(jī)，帶來經(jīng)濟(jì)損失，而且還會危機(jī)一線員工的人生安全影響非常巨大，尤其像一些制藥設(shè)備廠的承壓設(shè)備大部分采用的是奧氏體不銹鋼，如果不采取措施防止其發(fā)生腐蝕，將會對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和員工的人生安全造成巨大危害。故對奧氏體不銹鋼設(shè)備的腐蝕問題進(jìn)行研究，具有重要意義。

1 奧氏體不銹鋼概述

奧氏體不銹鋼是指在常溫狀態(tài)下呈穩(wěn)定奧氏體組織的不銹鋼，其具有全面和良好的綜合性能，在工業(yè)化設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。正因為奧氏體不銹鋼的優(yōu)良綜合性能，故在所有不銹鋼類型中，奧氏體不銹鋼占比高達(dá)70%，具有大約50個奧氏體不銹鋼牌號，為我國醫(yī)療、化工、石油開采等領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)。

通常根據(jù)奧氏體不銹鋼所含的元素不同，可以分為鉻鎳奧氏體不銹鋼和鉻錳奧氏體不銹鋼，俗稱300 系列與200 系列。其中300 系列的奧氏體不銹鋼所含的化學(xué)成分主要是鎳，故展現(xiàn)出了良好的力學(xué)性能和生產(chǎn)工藝性能，但其強(qiáng)度和硬度受到了一定的影響，因此不適用于一些對硬度和強(qiáng)度較高的設(shè)備。300 系列奧氏體不銹鋼的代表性產(chǎn)品就是18-8 型不銹鋼（304 不銹鋼），通過在其基礎(chǔ)上加上若干元素可以發(fā)生演變，如加入Mo 可以加強(qiáng)耐點腐蝕和縫隙腐蝕、加入Ni可以加強(qiáng)耐應(yīng)力腐蝕性能、加入Ni 和Cr 可以改善高溫抗氧化性和強(qiáng)度等。200 系列的奧氏體不銹鋼則含有的主要化學(xué)元素是錳和氮，由于氮元素具有固溶強(qiáng)化的作用，故200 系列的奧氏體不銹鋼不但具有良好的韌性和塑性，而且強(qiáng)度和得到了改善。根據(jù)不同的含氮量，可分為控氮型如254SMO、中氮型如AL-6XN 和高氮型如1925hMo。由于奧氏體不銹鋼再結(jié)晶溫度很高，因此其在高溫狀態(tài)下穩(wěn)定性相對較高，故廣泛用作熱強(qiáng)鋼。在使用之前，通常需要進(jìn)行固溶處理，從而使組織均勻并消除應(yīng)力，提高耐腐蝕性和力學(xué)性能。

2 奧氏體不銹鋼設(shè)備腐蝕類型

2.1 應(yīng)力腐蝕

奧氏體不銹鋼設(shè)備的應(yīng)力腐蝕主要是指材料在拉應(yīng)力的作用下，與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而造成失效的現(xiàn)象，常稱作SCC。它的腐蝕機(jī)理是材料在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的雙重作用下，表面的氧化膜逐漸受到破壞，破壞的表面與完好的表面將會形成陰極和陽極，金屬離子將會在陽極和陰極之間移動，產(chǎn)生電流，進(jìn)一步腐蝕金屬表面，此時，如果受到外界拉力或殘余應(yīng)力的作用，則表面受到破壞的地方將會逐漸形成裂紋，如果不加以防護(hù)，隨著時間的推移，裂紋將會逐漸擴(kuò)展，直至斷裂。

應(yīng)力腐蝕可以在發(fā)生在設(shè)備運(yùn)行過程中，也可以發(fā)生在設(shè)備運(yùn)行之前，甚至有些發(fā)生在設(shè)備的生產(chǎn)制造期間。由應(yīng)力腐蝕機(jī)理可知，發(fā)生應(yīng)力腐蝕過程中有一個“孕育期”，在這個期間內(nèi)不易被發(fā)現(xiàn)，且時間長短不一，在設(shè)備發(fā)生故障之前不會有明顯的預(yù)兆，因此它的危害性最大。

2.2 晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼設(shè)備的晶間腐蝕是指在腐蝕介質(zhì)的作用下，沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)展而成的腐蝕現(xiàn)象，晶間腐蝕由于破壞了晶粒間的結(jié)合，因此材料的機(jī)械強(qiáng)度受到了很大的影響。奧氏體不銹鋼設(shè)備發(fā)生晶間腐蝕過程中，其外觀沒有明顯的變化，通常在小于500nm 的晶界范圍內(nèi)發(fā)生腐蝕，不易被發(fā)現(xiàn)，但晶粒間的結(jié)合力和力學(xué)性能會顯著降低，因此其危害性極大，是奧氏體不銹鋼應(yīng)用中的一個極大的難題。

2.3 點腐蝕

點腐蝕是指在金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，相鄰的其它地方的表面沒有腐蝕或腐蝕很小的現(xiàn)象，它是奧氏體不銹鋼設(shè)備中最為常見的一種局部腐蝕類型。其腐蝕機(jī)理是奧氏體不銹鋼設(shè)備表面或鈍化膜等保護(hù)層出現(xiàn)薄弱點時，如硫化物夾雜、晶界碳化物沉積、位錯等處將會首先出現(xiàn)孔徑為20 到30 微米的小蝕孔，形成點蝕的核心，形成核心以后，仍有很大一部分表面會繼續(xù)鈍化，點蝕核心區(qū)域?qū)粩嘣龃?，?dāng)增大到臨界尺寸時，奧氏體不銹鋼設(shè)備的表面將會出現(xiàn)肉眼可見的蝕孔，如果不采取措施加以防護(hù)，蝕孔將會加速擴(kuò)展，最終使設(shè)備失效。

影響奧氏體不銹鋼點蝕現(xiàn)象的因素有很多，主要分為環(huán)境因素和材料的化學(xué)成分因素。環(huán)境因素主要是指溶液中含有的各種離子，有的離子能加速點腐蝕，而有的離子則能減緩點腐蝕，如溶液中氯離子濃度達(dá)到一定值時，會促進(jìn)點腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，溶液中硝酸根離子、氫氧根離子則會減緩點腐蝕現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分對點腐蝕的影響主要是指成分中含有錳、硫、鈦等元素會加速點腐蝕，而含有鉻、鉬、鎳等元素則會減緩點腐蝕。

2.4 縫隙腐蝕

奧氏體不銹鋼設(shè)備的縫隙腐蝕是指兩個零件或設(shè)備連接處發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，如設(shè)備零件與零件焊接處、螺栓連接處等都會出現(xiàn)縫隙腐蝕。縫隙腐蝕主要是由縫隙內(nèi)外介質(zhì)間物質(zhì)難以移動，即介質(zhì)的電化學(xué)不均勻性而造成的，故它是一中閉塞電池腐蝕?？p隙腐蝕和點腐蝕相比，雖然引發(fā)條件不一樣，但它們的發(fā)展階段機(jī)理是一樣的。

3 奧氏體不銹鋼設(shè)備腐蝕的防范措施

3.1 改進(jìn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和加工工藝

在奧氏體不銹鋼設(shè)備加工制造過程中，不可避免地會產(chǎn)生應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力或縫隙，而這些應(yīng)力和縫隙是導(dǎo)致奧氏體不銹鋼設(shè)備發(fā)生腐蝕的重要因素，因此可以通過改進(jìn)設(shè)備的一些結(jié)構(gòu)和加工工藝，使其隱患降到最低。

（1）設(shè)備的凹槽和連接點應(yīng)設(shè)計較大的半徑或平滑度，且盡量減少尖角和縫隙；

（2）改進(jìn)焊接工藝，一方面要盡量避免焊縫的交叉，并保證縫隙最小，另一方面要嚴(yán)格按照焊接工藝順序，使其產(chǎn)生的殘余應(yīng)力最小，且焊接坡口嚴(yán)禁熱切割。此外在焊接后還要對表面進(jìn)行拋光，使設(shè)備表面產(chǎn)生鈍化膜減緩氯離子造成的點腐蝕；

（3）選擇合適的機(jī)加工方法和改善設(shè)備的機(jī)加工質(zhì)量，如采用噴丸處理造成的壓應(yīng)力，減緩應(yīng)力腐蝕，同時盡量避免產(chǎn)生切削刀痕而引起應(yīng)力集中及表面質(zhì)量；

（4）選擇合適的熱處理工藝，如通過采用退火消除設(shè)備的殘余應(yīng)力，同時對焊縫進(jìn)行低溫處理。

3.2 改善使用環(huán)境

根據(jù)上文奧氏體不銹鋼腐蝕類型的分析可知，氯離子濃度對點腐蝕的具有一定的影響，因此在設(shè)備使用過程中應(yīng)盡量降低溶液中氯離子的濃度，如通過蒸餾或離子交換的方式減小氯離子，或者在溶液中加入SnO4、CdO4等緩沖劑提高抗腐蝕能力。此外，還需要定期對設(shè)備進(jìn)行清洗，涂抹適宜的油脂等物質(zhì)進(jìn)行保養(yǎng)。

3.3 鍍層保護(hù)

通過在奧氏體不銹鋼設(shè)備表面進(jìn)行電鍍、噴涂耐蝕的金屬層可以有效減緩其發(fā)生腐蝕的速度，如焊接前在焊接坡口和可能受焊接熱影響的表面上電鍍鎳和鉻等金屬層，焊接后則在焊縫處和焊接熱影響表面電鍍。

3.4 改善奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分

化學(xué)成分不同的奧氏體不銹鋼其抗腐蝕能力不一樣，如高鎳、高鉬奧氏體不銹鋼設(shè)備不但具有抗晶間腐蝕和點腐蝕的能力，還具有抗應(yīng)力腐蝕的能力。實際工作中應(yīng)根據(jù)奧氏體不銹鋼設(shè)備的使用環(huán)境及需要抗腐蝕的類型決定奧氏體不銹鋼的最佳化學(xué)成分。如工作中主要為了防止點腐蝕和縫隙腐蝕，應(yīng)選擇含鉬高鎳和鉻的不銹鋼，如工作中主要為了防止晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕，應(yīng)降低不銹鋼中碳的含量。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分將會不斷改善，綜合性能將會越來越高，使用范圍也將越來越廣泛。但奧氏體不銹鋼設(shè)備腐蝕問題一直是個難題，常見的腐蝕類型有應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕以及縫隙腐蝕，如果對腐蝕問題不加以防范，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。尤其是像一些化工設(shè)備如壓力容器盛裝的大部分是有毒有害介質(zhì)，一旦因為腐蝕原因發(fā)生泄漏將會造成嚴(yán)重的影響。因此，在奧氏體不銹鋼設(shè)備使用過程中，一定要根據(jù)實際情況，采取有效措施，防止或延緩腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。