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為什么“不銹”的鋼管也會生銹？——解析點腐蝕、縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕開裂-杰德資訊|不銹鋼|雙相鋼|管件|彎頭|法蘭|三通|大小頭|翻邊|管帽|預制管|多通管

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文章附圖
不銹鋼之所以“不銹”，關(guān)鍵在于其表面能自發(fā)形成一層極薄、致密且富鉻的氧化膜（Cr?O?），使鋼在大多數(shù)大氣和弱腐蝕介質(zhì)中表現(xiàn)出良好的鈍化行為。然而，這層氧化膜并非“萬能盔甲”。在氯離子（Cl?）富集、氧氣滯留或拉應(yīng)力持續(xù)作用的局部區(qū)域，鈍化膜會被破壞并難以再修復，從而誘發(fā)三種典型的局部腐蝕：點腐蝕、縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）。以下從機理、觸發(fā)條件、形貌特征及工程預防措施四個維度做系統(tǒng)梳理。
一、點腐蝕（Pitting Corrosion）——“針尖”上的深淵
  1. 機理
  • 氯離子半徑小、穿透力強，可優(yōu)先吸附在氧化膜缺陷處，與膜中Cr3?或基體Fe2?形成可溶性氯化物，導致局部膜破裂；
  • 破裂點內(nèi)形成“小陽極大陰極”電池，坑內(nèi)金屬溶解產(chǎn)生M??，Cl?電遷入坑內(nèi)維持電中性，水解后酸化（pH可降至1–2），加速自催化溶解。
  1. 觸發(fā)條件
  • Cl?濃度≥0.1 %（或≥25 ppm）即可在敏感溫度（30–80 ℃）下成核；
  • 溶液滯留、流速<0.5 m/s，利于Cl?富集；
  • 表面粗糙、夾雜物（MnS、TiN）或碳鋼污染提供成核位點。
  1. 形貌
    孤立或群集的小蝕坑，開口直徑μm級，深度可達mm級，沿重力方向或橫向擴展
    。
  2. 預防
  • 提高Mo、N、Cr含量（如316L、2205、904L）；
  • 降低Cl?含量，控制溫度<60 ℃；
  • 表面精整（Ra≤0.4 μm）、鈍化處理、陰極保護或外加電流保護；
  • 加入緩蝕劑（NO??、SO?2?）提升擊穿電位。
二、縫隙腐蝕（Crevice Corrosion）——“死角”里的加速攻擊
  1. 機理
  • 在0.025–0.1 mm的縫隙內(nèi)，氧擴散受限→外部持續(xù)供氧區(qū)成為陰極，縫隙內(nèi)形成陽極；
  • 氧耗盡后，Cr?O?膜發(fā)生還原性溶解，金屬離子水解酸化，Cl?再次遷入，形成與點蝕類似的自催化酸化電池
    。
  1. 觸發(fā)條件
  • 法蘭、螺紋、墊片、焊縫根部、生物/沉積物下均可形成滯流區(qū)；
  • 溫度升高至80 ℃左右腐蝕速率極大；
  • Cl?>0.1 %、pH<6 時風險陡增。
  1. 形貌
    沿縫隙邊緣出現(xiàn)的局部深溝，常伴黑色腐蝕產(chǎn)物，嚴重時可貫穿壁厚。
  2. 預防
  • 結(jié)構(gòu)設(shè)計避免“死縫”，采用開敞式排水、對接焊替代鉚接；
  • 流速>1.5 m/s 防止沉積；
  • 選用高Cr、Mo、N 超級奧氏體或雙相鋼；
  • 裝配前涂氟橡膠或聚四氟乙烯密封帶，杜絕金屬/非金屬微縫。
三、應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）——“低應(yīng)力”下的脆斷
  1. 機理
  • 特定材料-介質(zhì)組合（如奧氏體不銹鋼-Cl?-拉應(yīng)力）下，Cl?吸附→鈍化膜局部破裂→滑移臺階裸露→形成隧洞蝕溝；
  • 持續(xù)拉應(yīng)力使裂紋尖端不斷暴露，電化學溶解與機械撕裂協(xié)同，裂紋沿晶界或穿晶擴展，直至失穩(wěn)斷裂
    。
  1. 觸發(fā)條件
  • 拉應(yīng)力≥屈服強度30 %（含焊接殘余應(yīng)力即可）；
  • 介質(zhì)：含氧Cl?水溶液（NaCl、海水、脫鹽水），溫度50–200 ℃；
  • 敏化組織（427–816 ℃緩冷，晶界Cr??C?析出→貧鉻區(qū)）顯著降低抗SCC性能
    。
  1. 形貌
    宏觀呈“干樹枝”狀裂紋，斷口常伴腐蝕產(chǎn)物，無明顯塑性變形；裂紋可穿晶或沿晶，取決于應(yīng)力水平和合金成分。
  2. 預防
  • 選材：鐵素體-奧氏體雙相鋼、高純奧氏體（304L、316L、904L）、超低碳或含Ti/Nb穩(wěn)定化鋼；
  • 控制應(yīng)力：焊后退火（1050 ℃固溶+快冷）、減少裝配應(yīng)力、避免磕碰劃傷；
  • 工藝：降低Cl?≤25 ppm、除氧≤1 ppm，添加硝酸鹽-亞硫酸鈉緩蝕劑；
  • 監(jiān)測：定期射線/渦流檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋及時打磨或換管。
四、綜合防控策略
  1. 設(shè)計階段
  • 根據(jù)Cl?濃度、溫度、應(yīng)力水平選擇耐點蝕當量（PREN）≥32 的鋼種；
  • 采用全熔透焊縫、避免十字交叉焊縫，減少殘余應(yīng)力集中。
  1. 制造與安裝
  • 表面光潔度Ra≤0.4 μm，酸洗鈍化后Cl?殘留<5 mg/m2；
  • 運輸與吊裝使用不銹鋼專用吊帶，杜絕碳鋼污染。
  1. 運行維護
  • 建立水質(zhì)監(jiān)控（Cl?、O?、pH、電導率），循環(huán)水側(cè)定期反沖洗；
  • 停機期間排盡積液或充氮保護，防止干濕交替鹽濃縮；
  • 每年至少一次焊縫根部超聲/渦流抽檢，發(fā)現(xiàn)點蝕深度>0.3 mm 或裂紋即評估更換。
結(jié)語
不銹鋼的“不銹”并非絕對，而是建立在鈍化膜完整且均勻的基礎(chǔ)之上。一旦氯離子、縫隙或拉應(yīng)力破壞了這層納米級保護膜，局部環(huán)境將迅速酸化、自催化，最終演化為點蝕、縫隙腐蝕或應(yīng)力腐蝕開裂。通過“材料升級—結(jié)構(gòu)優(yōu)化—工藝控制—運行維護”四位一體的全生命周期管理，可顯著降低局部腐蝕風險，讓不銹鋼管件真正“長壽而可靠”。