氯离子腐蚀机理及特点

 

一

概述

氯离子（Clˉ）是广泛存在于自然界的氯的负一价离子。在化学反应中，氯原子得到电子，从而使参加反应的氯原子带上电荷。氯离子有很高的极性,能促进腐蚀反应,又有很强的穿透性,容易穿透金属表面的保护膜,造成缝隙和空蚀等局部腐蚀。特别是对奥氏体不锈钢造成的应力腐蚀开裂危害很大,可以使换热器在短期内泄漏报废。氯离子对不锈钢常见的腐蚀类型为点蚀。

另外氯离子又是引起金属孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和选择性腐蚀的主要原因。当氯离子含量达2%时，大多数不锈钢已不能使用。

二

不锈钢材质耐氯离子腐蚀标准

不锈钢材质耐氯离子腐蚀标准可参照《火电厂循环水处理》中的规定：

    ①T304不锈钢使用环境：氯离子含量为0-200mg/L；

    ②T316不锈钢使用环境：氯离子含量为＜1000mg/L；

    ③T317不锈钢使用环境：氯离子含量为＜5000mg/L；

按规范《GB 50235-2010 工业金属管道工程施工规范》、《GB 50184-2011 工业金属管道工程施工质量验收规范》，液压试验应符合下列规定：液压试验应使用洁净水。当对不锈钢、镍及镍合金管道，或对连有不锈钢、镍及镍合金管道或设备的管道进行试验时，水中氯离子含量不得超过25mg/L（25ppm）。

三

氯离子的腐蚀特点

一、 Clˉ对金属腐蚀的影响表现在两个方面：

一方面是降低材质表面钝化膜形成的可能或加速钝化膜的破坏，从而促进局部腐蚀；另一方面使得CO₂在水溶液中的溶解度降低，从而缓解材质的腐蚀。

机理：Clˉ具有离子半径小、穿透能力强，并且能够被金属表面较强吸附的特点。Clˉ浓度越高，水溶液的导电性就越强，电解质的电阻就越低，Clˉ就越容易到达金属表面，加快局部腐蚀的进程；酸性环境中Clˉ的存在会在金属表面形成氯化物盐层，并替代具有保护性能的FeCO₃膜，从而导致高的点蚀率。

二、 氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀主要是点蚀

机理：氯离子容易吸附在钝化膜上，把氧原子挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，结果在露出来的机体金属上腐蚀了一个小坑。这些小坑被称为点蚀核。这些氯化物容易水解，使小坑能溶液PH值下降，使溶液成酸性，溶解了一部分氧化膜，造成多余的金属离子，为了平衡腐蚀坑内的电中性，外部的Cl^-不断向空内迁移，使空内金属又进一步水解。如此循环，奥氏体不锈钢不断的腐蚀，越来越快，并且向孔的深度方向发展，直至形成穿孔。

三、Clˉ对缝隙腐蚀具有催化作用

腐蚀开始时，铁在阳极失去电子。随着反应的不断进行，铁不断的失去电子，缝隙内二价铁离子大量的聚积，缝隙外的氧不易进入，迁移性强的Clˉ即进入缝隙内与铁离子形成高浓度、高导电的FeCl₂，FeCl₂水解产生H⁺，使缝隙内的pH值下降到3～4，从而加剧腐蚀。

 

各ppm浓度和温度下氯离子腐蚀选材大全

关于氯离子在各类温度和浓度下的腐蚀选材，这篇汇总文章超全。

1、普及下常规不锈钢用于哪些氯离子环境

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

按规范《GB 50235-2010 工业金属管道工程施工规范》、《GB 50184-2011 工业金属管道工程施工质量验收规范》规定，水中氯离子含量不得超过25mg/L（25ppm）。

液压试验应符合下列规定：液压试验应使用洁净水。当对不锈钢、镍及镍合金管道，或对连有不锈钢、镍及镍合金管道或设备的管道进行试验时，水中氯离子含量不得超过25mg/L（25ppm）。

2、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、双相钢耐氯离子腐蚀怎么样？

有同学会问，双相钢耐氯离子腐蚀怎样？性能如何？

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。

4、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。

5、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。

 

 

6、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。

所以文末，小编来谈谈钛材在氯离子腐蚀上的应用。

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，Grade7)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(Grade7),钛镍钼合金(Grade12)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：Grade7>Grade12>纯钛（Grade2）

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。

从以上几个部分分章节分析来看，相信大家已经比较清楚了吧？

希望本文对你有用。

福利：

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：

 

 

氯离子腐蚀环境下怎么选材？这篇文章非常清晰！

一 、不锈钢的腐蚀失效分析

1、应力腐蚀：

不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。

常用的防护措施：

• 合理选材

  选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢、高硅奥氏体铬镍钢、高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。其中，以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。

• 控制应力
  装配时，尽量减少应力集中并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤，严格遵守焊接工艺规范。

• 严格遵守操作规程

  严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH值等工艺指标。

• 在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂

  铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时，应把氧的质量分数降低到1.0×10^-6以下。

  实践证明，在含有氯离子质量分数为500.0×10^-6的水中，只需加入质量分数为150.0 ×10^-6的硝酸盐和质量分数为0.5×10^-6亚硫酸钠混合物就可以得到良好的效果。

2、孔蚀失效及预防措施

小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展，孔蚀一旦形成：即向深处自动加速。

不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中会产生溶解，最终在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑：这些小蚀坑便是孔蚀核。只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。

常见预防措施有：

• 在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量；

• 降低氯离子在介质中的含量；

• 加入缓蚀剂，增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化;

• 采用外加阴极电流保护，抑制孔蚀。

 

 

3、点腐蚀

由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在Cl^-离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭塞电池的作用，坑外的Cl^-离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。

 

 

4、缝隙腐蚀

缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致Cl^-离子富集而出现的腐蚀现象。这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。

二、 几种不锈钢在含氯水溶液中的适用条件

 

 

1、304型不锈钢

这是一种最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢（如食品、化工、原子能等工业设备），适用于一般的有机和无机介质。例如：浓度＜30％、温度≤100℃或浓度≥30％、温度＜50℃的硝酸；温度≤100℃的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。

在硫酸和盐酸中的耐蚀性差；尤其对含氯介质(如冷却水)引起的缝隙腐蚀最敏感。

 

 

2、304L型不锈钢

耐蚀性和用途与304型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故耐蚀性（尤其耐晶间腐蚀，包括焊缝区）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

 

 

3、316型不锈钢

适用于一般的有机和无机介质。例如,天然冷却水、冷却塔水、软化水；碳酸；浓度＜50％的醋酸和苛性碱液；醇类和丙酮等溶剂；温度≤100℃的稀硝酸（浓度≤20％、稀磷酸（浓度≤30％等。但是，不宜用于硫酸。由于约含2％的Mo，故在海水和其他含氯介质中的耐蚀性比304型好，完全可以替代304型。

 

 

4、316L型不锈钢

耐蚀性和用途与316型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故可焊性和焊后的耐蚀性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

 

 

5、 317型不锈钢

适合要求比316型使用寿命更长的工况。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀的性能更好。

 

 

6、AISI 904L或 SUS 890L 型不锈钢

这是一种兼顾了价格与耐蚀性的高性价比的奥氏体不锈钢，其耐蚀性比以上几种材料好，特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物（含Cl^-、F^- ）。由于Cr、Ni、Mo含量较高，故具有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。

 

 

7、Avesta 254 SMO高级不锈钢

这是一种通过提高Mo含量对316 型进行了改进的超低碳高级不锈钢，具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能，适用于不能用316型的含盐水、无机酸等介质。

 

 

8、Avesta 654 SMO高级不锈钢

这是一种Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO的超低碳高级不锈钢，耐氯化物腐蚀的性能比254 SMO更好，可用于冷的海水。

 

 

9、RS-2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不锈钢

这是一种国产的Cr–Ni–Mo-Cu不锈钢。耐点蚀和缝隙腐蚀的性能相当于316型，而耐应力腐蚀的性能更好。可用于80 ℃以下的浓硫酸（浓度90~98％），年腐蚀率≤0.04mm/a。

 

 

10、Incoloy 825( S) 

这是一种Ni（40％）–Cr（22％）–Mo（3％）高级不锈钢。Incoloy是the nternational Nickel Co.公司的注册商标。适用于低温下各种浓度的硫酸；在浓度为50％~70％的苛性碱（如NaOH）溶液中，具有良好的耐蚀性，不产生应力腐蚀开裂。但是，对氯化物引起的缝隙腐蚀却很敏感。此外，冲压性能也不太好，故不是板片常用的材料。

 

 

11、31合金

这是一种由904L改进后的（提高Mo、N含量）、标准的6％Mo高级不锈钢(31％Ni-27％Cr-6.5％Mo-32％Fe)。在许多介质中的耐蚀性比904L更好；在浓度20％~80％、温度60℃~100℃的硫酸中，耐蚀性能甚至超过 C-276。

 

 

12、33合金

这是一种完全奥氏体化的铬基高级不锈钢，其耐蚀性可与Inconel 625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和碱性介质(包括硝酸、硝酸与氢氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蚀和应力腐蚀开裂的性能；在浓硝酸中的耐蚀性比304L好得多。例如：适用于浓度大于96％~99％、温度≤150℃、氧化硫含量小于200mg/L的硫酸；热的海水；浓度≤50％、沸腾的强腐蚀性溶液；浓度≤85％、温度≤150℃的磷酸等。但是，不适用于还原性介质(如稀硫酸等)。价格与C-276相差不多。

 

 

13、C-2000合金

这是一种二十世纪90 年代研发的镍基合金，价格与C-276相近，是以上材料中耐腐蚀性能最好者之一。在中等浓度以下的硫酸、稀盐酸和沸腾温度下，浓度≤50％的磷酸以及热的氯化物等介质中，其耐蚀性比C-276和C-22更好, 有取代C-22合金的趋势。但是，对于浓度≥70％的硫酸，耐蚀性不如C-276。

 

 

14、59合金

化学成分与C-2000比较，除了Ni含量稍高(59％)，且低Fe、无Cu或W外，其余基本上相同。这是目前镍基合金中耐蚀性、热稳定性、可冲压性和可焊性最好的一种材料，自1990年商业化以来，已广泛用于硫酸、盐酸、氢氟酸以及含氯、含氧、低pH值的许多介质。

三 、基于温度及氯离子含量的材料选用表

 

 

氯离子腐蚀：304/316L/2205/2507不锈钢选材全攻略

在水处理项目的复杂环境中，水源从地表水、污水、海水到反渗透浓水，水中的氯离子含量不同，我们经常选用304、316L、2205、2507应对，他们耐氯离子性能如何？笔者带大家进行一番探究。

第1章 氯离子对不锈钢腐蚀原理^[1]

1.1 成相膜理论

不锈钢表面的氧化膜是一层致密且覆盖性良好的成相膜，可以保护金属表面与溶液的接触。而水中的氯离子由于半径小，穿透性强，可从钝化膜致密孔隙中到达金属表面，并与金属相互作用形成可溶性化合物，使氧化膜的结构发生变化，金属产生腐蚀。

1.2 吸附膜理论

不锈钢表面的保护膜是氧或含氧离子与金属相互吸附形成的吸附膜，吸附膜的存在可以降低金属表面的反应能力，从而提高金属耐蚀性。而水中的氯离子有更强的可被金属吸附的能力，它们优先被金属吸附，并从金属表面把氧排掉。因为氧决定着金属的钝化状态，氯离子和氧争夺金属表面上的吸附点，甚至可以取代吸附中的钝化离子与金属形成氯化物，氯化物与金属表面的吸附并不稳定，形成了可溶性物质，导致了腐蚀的加速。

第2章 水溶液中氯离子对不锈钢的腐蚀类型^[2]

金属的在水溶液中的腐蚀是一种电化学过程，包括阳极和阴极，以及连接两者的电解质。在阳极处，金属氧化（腐蚀），形成锈蚀或其他腐蚀产物：

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-（中性或碱性环境）

O²+4H⁺+4e^-→H₂O（酸性环境）

2H⁺+2e^-→H₂（强还原环境）

不锈钢的腐蚀和碳钢不一样，碳钢因为表面阳极和阴极的不断变化，以面腐蚀为主。不锈钢以局部腐蚀为主，主要为点腐蚀和缝隙腐蚀。

点蚀与缝隙腐蚀在影响其发生的因素方面具有高度相似性。不锈钢在含氯化物等卤素离子的介质中特别容易发生点蚀和缝隙腐蚀。因此，存在点蚀和缝隙腐蚀风险的环境包括海水及含高浓度氯化物的工艺溶液，但即便在低浓度氯化物（< 100 ppm）的环境中，若条件不利也可能引发此类腐蚀。硫化物的存在会增强介质的腐蚀活性，而硫酸盐则能降低腐蚀风险。其他可能加剧点蚀和缝隙腐蚀的因素包括温度升高、pH值降低以及氧化性化学物质的添加（例如通过投加余氯处理）。

对于这两种腐蚀类型，在腐蚀开始之前都观察到一个潜伏期。潜伏期的持续时间可能从几个小时到几个月不等，但一旦开始，腐蚀的传播速度可能非常快。因此必须避免点蚀和缝隙腐蚀；否则后果可能是严重的损坏和泄漏。

2.1 点腐蚀

点蚀是高度局部化的腐蚀，不锈钢的自由表面有离散的坑。如图1所示：

 

 

图1：管外表面的点蚀

当钝化层受损或局部薄弱时，点蚀便会萌生。未被钝化膜保护的小区域成为阳极，而周围未受损的钝化膜覆盖的大面积区域作为阴极。由于阳极面积与阴极面积相比极其微小，腐蚀速率极高，从而形成蚀坑。

一旦点蚀启动，由于溶解的金属离子（如Fe²⁺和Cr³⁺）发生水解，蚀坑内的pH值会低于周围环境。此外，为平衡金属离子的正电荷，氯离子会迁入蚀坑，导致坑内氯离子浓度升高。因此，蚀坑内的环境逐渐变得更加侵蚀性，使点蚀能够持续高速扩展。

点蚀的尺寸、形状和形态多样：有些蚀坑较浅，有些则深入材料内部；有些表面开口微小，却在表面下方横向扩展。因此，仅凭目视检查难以准确判断点腐蚀的实际严重程度，因其破坏可能具有隐蔽性。

2.2 缝隙腐蚀

顾名思义，这类腐蚀发生在缝隙和密闭空间中。缝隙可能源于部件设计或法兰与螺纹连接等接头结构，也可能由使用过程中表面形成的沉积物引起。由于狭窄缝隙内的氧含量有限，钝化层会变得薄弱。与点蚀类似，缝隙中溶解的金属离子会降低pH值，并使氯离子迁入缝隙内部。最终导致钝化层破裂，侵蚀性环境加速腐蚀进程。

与点蚀相比，缝隙腐蚀造成的破坏范围更大但深度较浅，且可在通常不会在引起自由表面点蚀的环境中发生。

 

 

图2：焊法兰密封面在氯化物海水中暴露时的缝隙腐蚀

第3章 耐腐蚀性能指标

3.1 PRE（抗点蚀当量）

不锈钢牌号的铬含量很重要，与钼和氮合金化已被证明对耐点蚀性非常有益。根据实验数据，提出了元素组成与耐点蚀性之间的关系。这些值通常称为PRE（Pitting Resistance Equivalent），抗点蚀当量，可用于不锈钢等级的近似排名已知有几种形式，其中一种常用的表达方式如下所示。

PRE = %Cr +3.3*% Mo +16*%N

PRE值越高，通常表示材料的耐点蚀和缝隙腐蚀性能越好。它主要用于材料开发、筛选和快速对比，是材料选择阶段的一个重要参考依据。

3.2 CPT（临界点蚀温度）

CPT（Critical Pitting Temperature）是指材料在特定腐蚀介质（如特定浓度的氯化物溶液）中发生点蚀的最低温度。这是一个实验测定值。

CPT通过标准实验方法（如ASTM G48）测定，通过逐步升高环境温度直至点蚀发生来确定。CPT越高，说明材料抵抗点蚀的能力越强，越能在苛刻的热腐蚀环境中应用。CPT能直观反映材料在特定环境下的实际耐腐蚀性能极限，常用于验证PRE值的评估结果，并对在高温环境下使用的设备选材提供直接依据。

3.3 CCT（临界缝隙腐蚀温度）

CCT（Critical Crevice Corrosion Temperature）是指材料在特定腐蚀介质中发生缝隙腐蚀的最低温度。同样，这也是一个需要实验测定的参数。

CCT的测试方法与CPT类似，但会使用带有特定缝隙的夹具来模拟缝隙条件。CCT越高，表示材料抵抗缝隙腐蚀的能力越强。由于缝隙腐蚀比点蚀更容易发生，通常对于同一种材料，其CCT值会低于CPT值。CCT直接关系到存在缝隙结构（如法兰连接面、螺栓压紧面、沉积物下）的设备的安全性。

3.4 各指标间的关联与应用

PRE、CPT和CCT从不同角度共同描绘了材料的耐腐蚀性能，尤其在含氯离子环境中至关重要。

正相关关系：通常，材料的PRE值越高，其相应的CPT和CCT值也越高，表明它能耐受更苛刻的腐蚀环境。

互补性：PRE提供了基于成分的快速理论预测，而CPT和CCT则通过实验给出了材料在特定环境下的实际性能表现和极限，两者互为补充和验证。

指导材料选择：例如，在海洋工程中，可能会要求材料同时满足PRE ≥ 40、CPT > 65°C 以及 CCT > 40°C 等综合指标，以确保设备在复杂环境下的长期安全。

3.5 常见不锈钢耐腐蚀性质指标^[2]

 

 

图3：一些不锈钢抗点蚀抗力值(PRE)和CPT及CCT值

备注：该表见《HandbookofStainlessSteel-Outokumpu不锈钢奥托昆普手册》第36页。

由该表可以看出，耐点蚀性能254SMO=2507＞2205＞316L=316＞304=304L。

解释：304L和304不锈钢中Cr、Mo、N含量完全一样，因此耐点蚀性能相同。区别在于304L比304含碳量更低，Ni含量增加了1%，抗晶间腐蚀和焊接性能更好了。

第4章 常见不锈钢耐氯离子具体浓度分析^[3]

根据实验室试验和运行经验，对于在环境温度至接近环境温度的水系统中使用的304/304L和316/316L合金，推荐的最高氯化物水平分别为200 ppm和1000 ppm。像317L、904L和2205等牌号更高的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能，可将此最高氯化物水平提高到5000 ppm范围。当水质对不锈钢牌号要求更高时，需要具有更高PRE值的高性能不锈钢。

 

 

图4：标准牌号不锈钢在氧饱和水中，随氯离子含量变化的点蚀（实线）和缝隙腐蚀（虚线）风险

 

 

图5：高合金不锈钢在氧饱和水中，随氯离子含量变化的点蚀（实线）和缝隙腐蚀（虚线）风险。点线表示板式换热器工况。

备注：图4和图5该数据常见的是引自《ASM HandBook Volume 13B - Corrosion (Materials) - 2005》，而ASM的引用的是《“High Alloyed Austenitic Stainless Steel,” Information 212801GB, AvestaPolarit, March 2002》的数据表格，历经各种公司变革，目前该数据归Outokumpu奥托昆普公司所有。

从上两图可得，

表1：常见不锈钢发生点蚀时的氯离子大约浓度（mg/L）

点蚀-实线	发生点蚀时的氯离子大约浓度（mg/L）
温度	304	316L	2205	2507
℃	mg/L	mg/L	mg/L	mg/L
80	120	240	3900	9500
70	150	300	4900	12000
60	180	380	6000	16000
50	220	480	7500	19000
40	280	600	9500	23000
30	340	780	12000	28000
20	420	960	15000	34000

表2：常见不锈钢发生点蚀时的氯离子大约浓度（mg/L）

缝隙腐蚀-虚线	发生缝隙腐蚀时的氯离子大约浓度（mg/L）
温度	304	316L	2205	2507
℃	mg/L	mg/L	mg/L	mg/L
80	＜10	＜100	240	2500
70	15	＜100	360	3800
60	23	140	540	5700
50	38	190	850	8600
40	62	280	1400	15000
30	100	400	2100	21000
20	170	560	3100	31000

备注：2507和254SMO合金的PRE和CPT值完全一样，因此本表格2507的耐腐蚀数据参考254SMO合金。

由于缝隙腐蚀的深度较浅，我们更多关注的是点腐蚀，简单工况可以只关注点腐蚀数据即可。

第5章 作者遇到的一些工况的选材情况分享

1、循环水系统，参见《工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2017》第52页描述如下：不锈钢腐蚀与介质中的Cl^-浓度存在阈值现象。304和316不锈钢在不添加缓蚀阻垢剂情况下发生局部腐蚀的临界Cl^-浓度为250mg/L~500mg/L；添加缓蚀阻垢剂后,304不锈钢发生局部腐蚀的临界Cl^-浓度为1000mg/L，316不锈钢在添加缓蚀阻垢剂后,发生局部腐蚀的临界Cl^-浓度为1200mg/L。

在夏季循环水系统的温度一般为回水40℃左右，经凉水塔后30℃。此数据与第3章节的国外数据基本一致。

循环水系统，泵和管道，长期存水的工况一般选材碳钢材质，换热器一般需要根据热侧介质的工况选择不锈钢材质。水处理行业笔者目前没有见过没有换热器用碳钢材质的情况。这主要是考虑到热侧的温度较高，且换热器存在空气进入，停车时候也容易被空气氧化的情况。

2、石灰石石膏法脱硫工况，该工况pH为5.0~6.2，总盐分30000mg/L~500000mg/L不等，主要成分为硫酸钙、亚硫酸钙、氯化钠、硫酸钠等，其中脱硫浆液中氯离子的浓度一般才10000~20000mg/L。该工况重要部位的材质一般选择2507和1.4529材质，如循环泵等。非重点部位，如循环泵前的滤网选择2205。

3、脱硫废水蒸发结晶，脱硫废水指的是石灰石石膏法脱硫浆液中氯离子超标后，排出脱硫系统，经三联箱等工艺处理后的废水，该废水基本没有悬浮物，pH为8~10，其他同脱硫浆液。如下图是脱硫废水蒸发结晶工况的项目现场。

该项目是脱硫废水三效蒸发结晶项目，运行温度为60~100℃。该项目列管、分离器、泵均为2205材质。图1，运行一年，表面没有明显腐蚀。图2，运行2年，列管表面没有明显腐蚀，某些管板与列管焊接处发生腐蚀，补焊后可继续使用。

 

 

第6章 总结

在只考虑氯离子腐蚀的情况下，不锈钢的选材，可以参考本文第4章节的数据。但是实际项目选材过程中要综合考虑，如温度、pH、余氯、其他离子的影响、有无添加缓蚀剂、工况是否受压、经济性等因素。

参考文献：

[1]魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京:化学工业出版社1996:124-128.

[2]《HandbookofStainlessSteel-Outokumpu不锈钢奥托昆普手册》

[3]《ASM HandBook Volume 13B - Corrosion (Materials) - 2005》

氯离子环境下的压力管道选材

一、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

 

 

二、双相钢耐氯离子腐蚀情况

①下图为PRE耐腐蚀当量值，耐点腐蚀指数 PRE (PittingResistance 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。

 

②下图为德国VDM公司

③下图为奥托昆普

 

三、钛系列金属耐氯离子腐蚀情况

 

 

四、《火电厂循环水处理》一书要求

不锈钢材质耐氯离子腐蚀标准可参：

①T304不锈钢使用环境：氯离子含量为0-200mg/L

②T316不锈钢使用环境：氯离子含量为＜1000mg/L

③T317不锈钢使用环境：氯离子含量为＜5000mg/L