氯离子腐蚀工况是工业生产中常见的一种腐蚀现象,主要发生在含有氯离子的环境中。氯离子因其离子半径小、穿透性强,极易吸附在金属表面,并破坏金属的钝化膜,从而加速金属的腐蚀过程。以下是对氯离子腐蚀工况的详细分析:
一、氯离子腐蚀的机理
吸附作用:氯离子能够优先吸附在金属表面的氧化膜上,干扰氧化膜的稳定性,阻止其形成和再生。
离解作用:氯离子在水中离解,形成氯离子和氢氧根离子,增加金属表面的电导率,使电子和离子更容易在金属表面传输,进一步促进腐蚀和氧化膜的破坏。
氧化还原反应:在阳极区域,氯离子接受电子,氧化为氯气或氯化物,破坏原本稳定的氧化膜,暴露金属表面,加速腐蚀。
二、氯离子腐蚀的影响因素
浓度:氯离子浓度越高,水溶液的导电性越强,腐蚀速率越快。
温度:随着温度的升高,氯离子的活动性增强,腐蚀速率也会加快。
三. 各浓度和温度下,耐氯离子腐蚀的金属材料选择
3.1 不锈钢材质耐氯离子腐蚀标准可参照《火电厂循环水处理》一书明确约定:
⑴、T304不锈钢使用环境:氯离子含量为0-200mg/L
⑵、T316不锈钢使用环境:氯离子含量为<1000mg/L
⑶、T317不锈钢使用环境:氯离子含量为<5000mg/L
不锈钢、超级不锈钢和钛材所用氯离子环境
下图为不锈钢、超级不锈钢和钛材所用氯离子环境。
红色为低ppm和低温环境,选用常规不锈钢304,绿色高温和高ppm环境,先用纯钛TA1。
从图表可以看出,耐氯离子腐蚀有个简易的排列:
304<316L<904L<254SMO<纯钛
3.2 双相钢耐氯离子腐蚀怎么样?
下图为PRE耐腐蚀当量值,耐点腐蚀指数 PRE (Pitting
Resistance Equivalent) 数值反映的是材料的耐氯离子点腐蚀倾向。
从下图可以看出,双相钢2101、2304、2205、2507四个牌号耐腐蚀倾向均大于普通316L,有些材料和超级不锈钢相当。
如2507耐点腐蚀就媲美254SMO,2205与904L的耐氯离子点腐蚀腐蚀性能相当。
代入上面第2部分,很清楚可以看到他们排在什么位置。
上面G150腐蚀试验是奥托昆普发明的电化学临界点蚀温度的标准试验方法,临界点腐蚀温度如上:可以看出,G150结果与PRE数值结果类同。
3.3 、超级不锈钢254SMO与316L耐氯离子腐蚀
上面黑白图和蓝色图一样,是来自奥托昆普不同年份和版本的图示,可以看出:
316L耐氯离子点腐蚀性能远低于254SMO,耐缝隙腐蚀结果同样。
如60度温度时候,316L仅耐200ppm不到,904L耐8500ppm,254SMO耐15000ppm氯离子。
数值大家可以按图索骥。
3.4 FGD脱硫氯离子+氟离子腐蚀选材(55~70度)
以上两图年代不同,结果类似,上图是奥托昆普结果,下图为德国VDM公司。
图示收集了从0~20万ppm氯离子+氟离子腐蚀工况(大部分是氯离子)的选材区间,是不可多得的氯离子选材参考。
下图更直观,50~70度温度下,按照酸碱性和氯离子浓度直接找到对应材料即可。
3.5 钛系列金属耐氯离子腐蚀如何?
上一张图标,第一行是钛材,可以看出,当C276镍基合金在204度的温度、3000ppm高压釜下开始有点腐蚀时候,钛材还依然在战斗,没有任何腐蚀。
众所周知,钛材对高氯离子的海水环境几乎是免疫的,基本没有腐蚀。
海水的盐度通常小于5%,根据长期的实验和实际使用,认为纯钛可以在120度以下的海水中安全使用,但温度再升高就有可能发生缝隙腐蚀,继续升高就有可能发生点蚀。
钛在不同浓度,PH值(3- 9),温度的NaCl溶液中的使用范围见下图所述!
钛钯合金(Ti-0.2Pd,Grade 7)和钛镍钼合金(Ti-Grade-12),可以用到260度的高温加压海水中!
下面是纯钛,钛钯合金(Grade 7), 钛镍钼合金(Grade 12)在不同浓度的氯化钠溶液,氯化镁溶液中的耐腐蚀结果。
可以看出,在该工况中,钛钯合金和钛镍钼合金耐氯离子的程度比纯钛高的多!
耐腐蚀度: Grade 7 > Grade 12 > 纯钛(Grade 2)
注意:图中白色圆圈代表可以使用;黑色圆圈代表容易发生缝隙腐蚀或点蚀;白色三角形代表发生轻微的缝隙腐蚀,但是不影响使用。
后附:
对于重量百分比、体积百分比与ppm之间的换算,请另存下图
对于摩尔浓度与重量百分比之间的换算,简单如下: