316L不銹鋼液貨管發(fā)生點蝕的原因分析

古新年，曾志偉

(中船澄西遠航船舶(廣州)有限公司，廣東 廣州 510725)

316L不銹鋼液貨管發(fā)生點蝕的原因分析

古新年，曾志偉

(中船澄西遠航船舶(廣州)有限公司，廣東 廣州 510725)

通過分析316L奧氏體不銹鋼管材發(fā)生點狀腐蝕的特性，揭示316L不銹鋼在海洋環(huán)境下造成點蝕的主觀因素及客觀因素，以及如何保養(yǎng)316L不銹鋼管延長其使用壽命，完善不銹鋼材料在船舶領域使用的規(guī)范性。文章介紹了不同質(zhì)量分數(shù)氯離子的溶液及不同環(huán)境溫度316L奧氏體材料的腐蝕速率，得出隨著氯離子質(zhì)量分數(shù)的增加及環(huán)境溫度升高材料加速腐蝕的特性。

奧氏體不銹鋼材料；點蝕；保養(yǎng)；腐蝕速率

某船廠承接的散貨船(入級DNV船級社)主要改裝任務包括3個散貨艙改裝為化學品艙，裝載質(zhì)量分數(shù)約為50%的NaOH溶液。該船出廠52天后收到船方反饋，部分液貨管有漏。該船液貨管采用的是316L(00Cr17Ni14Mo2)奧氏體不銹鋼管，出廠報告顯示所有材料經(jīng)過“固熔”和“鈍化”處理。經(jīng)現(xiàn)場打開貨油泵對液貨管壓水試驗發(fā)現(xiàn)，No.5艙前30#管約6 m長從頭到尾存在點蝕穿孔漏水，No.3艙前13#管多處滲漏，No.4艙23#管及No.4艙后27#管各有1個點漏水。漏點主要集中在管子的內(nèi)表面底部約60 mm高的范圍，似針孔般大小。

1 勘驗調(diào)查

廠方對管子余料、有漏舊管、無漏舊管進行化學成分分析及腐蝕試驗，液貨樣品及舊管內(nèi)表面液貨殘渣取樣送檢有資質(zhì)的單位進行化學成分分析，評估管路后期使用的質(zhì)量狀況。見表1，表2。

表1 送檢金屬樣品化學成分分析統(tǒng)計 %

注：以上所統(tǒng)計的管子余料、有漏舊管及無漏舊管化學成分分析的結(jié)果，均為每種金屬同一批次樣品中鉬含量最低的分析數(shù)據(jù)。

1.1 液貨管材料

按照改裝技術(shù)規(guī)格書的要求，液貨管材料是按“美標316L，含鉬不少于2.5%”的要求來購買，管子材料證書標明是按ASTMA312標準生產(chǎn)，且附帶船級社材質(zhì)證書。

1.2 管子余料化學分析及腐蝕試驗

化學分析報告表明，余料的化學成分符合316L材料的要求，含鉬為2.5%以上；腐蝕試驗說明，該材料耐NaOH腐蝕。

表2 送檢金屬樣品腐蝕試驗結(jié)果

1.3 有漏舊管化學分析及腐蝕試驗

化學分析報告表明，有漏舊管(30#)的化學成分不符合316L材料要求，含鉬量為0.092%。腐蝕試驗結(jié)果說明，該材料在氯離子溶液、40 ℃條件下容易發(fā)生點蝕。

1.4 無漏舊管化學分析及腐蝕試驗

化學分析報告表明，無漏舊管化學成分基本符合316L的要求，但是有2條管子鎳質(zhì)量分數(shù)為10.2%，低于標準的12%～15%要求，其它鉬質(zhì)量分數(shù)2.4%低于標準2.5%的要求。腐蝕試驗結(jié)果說明，該材料在氯離子溶液、40 ℃的條件下很容易發(fā)生點蝕。

1.5 液貨樣品化學分析

液貨樣品化學分析報告中表明：氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為47.6%，氯化物質(zhì)量分數(shù)為0.003 0%，液貨物的氯的質(zhì)量分數(shù)不高，腐蝕效果不明顯。

1.6 管內(nèi)液貨殘渣樣品化學分析

管內(nèi)殘渣的化學分析報告中表明(見表3)：該管子殘渣氯離子的質(zhì)量分數(shù)為0.033%，是由于管內(nèi)蒸發(fā)導致氯離子質(zhì)量分數(shù)升高，但是因進廠后用水試壓時沖淡了殘渣，且在進廠修理前船方也進行了試壓，否則氯離子的質(zhì)量分數(shù)會更高。

表3 送檢液體樣品化學成分分析 %

1.7 液貨管操作過程調(diào)查

按照液貨管效用試驗要求，以No.5艙為例闡述液貨管駁油后吹除的操作步驟。

第一步，打開No.5艙貨油泵將No.5艙貨油抽至No.3艙中甲板匯集管站，在排出量約為0時將液貨泵轉(zhuǎn)速降到最低直到完全沒有液體流出。

第二步，用0.8 MPa壓縮空氣吹除貨油泵至泵出口蝶閥之間管路里的剩余貨油，直到完全沒有液體流出。

第三步，關(guān)閉泵出口蝶閥，將壓縮空氣從No.1艙總管上的吹除閥接入，對No.1、No.3、No.5三個艙的整個貨油總管進行吹除，直到完全沒有液體流出。

第四步，打開放殘閥，放干管內(nèi)殘液。

從現(xiàn)場管子有漏的部位來看，漏點均出現(xiàn)在管子的底部，且都是D219×4管子。由于該批D219×4管位于液貨管系統(tǒng)中最低位置，管子內(nèi)殘留有60 mm高的液體的痕跡，說明使用時沒有完全把管內(nèi)貨油液體放干，管子內(nèi)的液體殘渣也較多，說明該液體的質(zhì)量分數(shù)也較高。

1.8 船舶航行路線調(diào)查

通過咨詢船東得知，該批液體貨物是由上海運往澳大利亞，在運輸過程中該船需要穿越赤道，甲板面液貨管的溫度有可能升至60 ℃。

1.9 其他發(fā)現(xiàn)

調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，有漏的液貨管是304不銹鋼管；No.3艙注液管有一個彎頭也是304不銹鋼管，由于管子垂直安裝，內(nèi)表面沒有發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

2 理論分析

2.1 電化學腐蝕機理

金屬作為一個整體是電中性的，當金屬與溶液接觸時，2種活潑性不同的金屬間將會產(chǎn)生電位差，在此過程中活潑金屬將被消耗，也就是電化學的腐蝕過程。316L奧氏體不銹鋼液貨管在氯離子環(huán)境中受到腐蝕，腐蝕速率與金屬合金的性質(zhì)、介質(zhì)的性質(zhì)、pH值、環(huán)境溫度、壓力有著密切的聯(lián)系[1]，見圖1、圖2。

圖1 不銹鋼腐蝕速率與環(huán)境溫度的關(guān)系

圖2 不銹鋼腐蝕速率與氯離子質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系

2.2 氯離子對不銹鋼氧化膜的破壞

處于鈍化狀態(tài)的金屬仍然有一定的反應能力，即鈍化膜的溶解和修復(再鈍化)處于動平衡狀態(tài)。當介質(zhì)中含有活性陰離子(常見的如氯離子)時，平衡便受到破壞，溶解占優(yōu)勢[2]。其原因是氯離子能優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基底金屬的特定點上生成小蝕坑(孔徑多在20～30 μm),這些小蝕坑稱為孔蝕核。氯離子的存在對不銹鋼的鈍態(tài)起到直接的破壞作用。

2.3 海水對材料的腐蝕作用

在海水中，就一般腐蝕而言，不銹鋼的腐蝕率并不高，但不銹鋼在海水中的主要破壞形式是點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕，而且常常受到海水中的含氧量、氯離子質(zhì)量分數(shù)、海水與材料的相對流速、海水的污染情況、溫度以及海生物等因素的直接影響(海水的含氯離子質(zhì)量分數(shù)平均量是1.9%)。一般來說，在室溫(30 ℃ )以下，可選用含Mo2%～4%的0Cr17Ni12Mo2 和0Cr19Ni13Mo3等不銹鋼；對于40～50 ℃ 以上的海水，一般Mo質(zhì)量分數(shù)為2%～3%的不銹鋼已處于臨界狀態(tài)，非常容易出現(xiàn)點蝕、縫隙腐蝕等破壞。該船航行的洲際航線夏天甲板的溫度經(jīng)常是高達60 ℃，甚至更高，這對于留有殘余液貨的液貨管來說是非常不利的，鉬的質(zhì)量分數(shù)稍低的管子優(yōu)先出現(xiàn)點腐蝕，高溫下點腐蝕加速，隨著出現(xiàn)點孔，造成管漏。

2.4 管路制作過程原因分析

對于在管子制作過程中因焊接的電離和飛濺等，發(fā)生腐蝕應該是在焊縫的周圍，而其它環(huán)境造成的管子表面污染產(chǎn)生的腐蝕不會很快，大概腐蝕量是0.03 mm/y。

3 原因分析

3.1 管路操作過程不當造成腐蝕

管道內(nèi)殘留的液體在船舶航行中因甲板面液貨管溫度偏高，且由于裝卸貨物時使用海水清洗液貨管系統(tǒng)，使管道達到氯離子溶液對不銹鋼腐蝕的臨界狀態(tài)，并在高溫下腐蝕加速，造成留有殘余液體的管子發(fā)生點漏，沒有殘留液體位置的管子(閥件)卻不會產(chǎn)生臨界腐蝕。

3.2 材料不達標造成材料腐蝕

不銹鋼材料存在元素含量不等(鎳含量部分偏低，含鉬量有高有低)，被腐蝕成有漏的管子中甚至查出有304的不銹鋼管子；部分管子材料含Mn、Mo、Ni、Si等元素低時，加速了點腐蝕的發(fā)生，因為不銹鋼管固溶后使Mn、Mo、Ni、Si等元素充分溶解于奧氏體，這些元素在抗點腐蝕中有很大的作用。

4 防范措施

1)在貨物裝卸完后必須及時對管子清洗并用壓縮空氣吹除干凈，以減少氯離子對管道的腐蝕。

2)在運輸、裝卸過程中使用加熱裝置，溫度不應高于30 ℃。在30 ℃時是可以滿足防止NaOH結(jié)晶析出和質(zhì)量分數(shù)的要求。

3)在高溫條件下，在海水環(huán)境中使用不銹鋼，應選用高Cr、Mo 等元素的奧氏體不銹鋼，如00Cr18Ni16Mo5(N)、00Cr20Ni25Mo4.5Cu(N)、00Cr25Ni25Mo5N、00Cr20Ni18Mo6CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、雙相不銹鋼00Cr25Ni7Mo3N等。

[1] 文佳卉，胡傳順，肖凱，等. 316L不銹鋼焊縫的點蝕行為[J].理化檢驗-物理分冊，2009，45(4)：205-207.

[2] 張俊旺，王文先，黃延平，等.奧氏體不銹鋼焊縫金屬的電化學腐蝕性能[J].焊接學報，2007,28(2):103-107.

Through analyzing the characteristic of 316L austenitic stainless steel pitting corrosion,subjective complication and external factor for pitting corrosion are found out，the way to prolong the life-span under correct maintenance is given and the material usage criterion in ship's scope is improved.This article introduces the rusted speed of 316L austenitic stainless steel in different consistency of chlorine ion liquor and different temperature,which is got higher along with the increase of chlorine ion consistency and setting temperature.

austenitic stainless steel;pitting corrosion;maintenance;rusted speed

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.014

古新年(1971-)，男，廣東興寧人，高級工程師，大學本科，主要從事船舶維修技術(shù)管理工作。

2013-11-05