316L不锈钢液货管发生点蚀的原因分析

古新年，曾志伟

(中船澄西远航船舶(广州)有限公司，广东 广州 510725)

316L不锈钢液货管发生点蚀的原因分析

古新年，曾志伟

(中船澄西远航船舶(广州)有限公司，广东 广州 510725)

通过分析316L奥氏体不锈钢管材发生点状腐蚀的特性，揭示316L不锈钢在海洋环境下造成点蚀的主观因素及客观因素，以及如何保养316L不锈钢管延长其使用寿命，完善不锈钢材料在船舶领域使用的规范性。文章介绍了不同质量分数氯离子的溶液及不同环境温度316L奥氏体材料的腐蚀速率，得出随着氯离子质量分数的增加及环境温度升高材料加速腐蚀的特性。

奥氏体不锈钢材料；点蚀；保养；腐蚀速率

某船厂承接的散货船(入级DNV船级社)主要改装任务包括3个散货舱改装为化学品舱，装载质量分数约为50%的NaOH溶液。该船出厂52天后收到船方反馈，部分液货管有漏。该船液货管采用的是316L(00Cr17Ni14Mo2)奥氏体不锈钢管，出厂报告显示所有材料经过“固熔”和“钝化”处理。经现场打开货油泵对液货管压水试验发现，No.5舱前30#管约6 m长从头到尾存在点蚀穿孔漏水，No.3舱前13#管多处渗漏，No.4舱23#管及No.4舱后27#管各有1个点漏水。漏点主要集中在管子的内表面底部约60 mm高的范围，似针孔般大小。

1 勘验调查

厂方对管子余料、有漏旧管、无漏旧管进行化学成分分析及腐蚀试验，液货样品及旧管内表面液货残渣取样送检有资质的单位进行化学成分分析，评估管路后期使用的质量状况。见表1，表2。

表1 送检金属样品化学成分分析统计 %

注：以上所统计的管子余料、有漏旧管及无漏旧管化学成分分析的结果，均为每种金属同一批次样品中钼含量最低的分析数据。

1.1 液货管材料

按照改装技术规格书的要求，液货管材料是按“美标316L，含钼不少于2.5%”的要求来购买，管子材料证书标明是按ASTMA312标准生产，且附带船级社材质证书。

1.2 管子余料化学分析及腐蚀试验

化学分析报告表明，余料的化学成分符合316L材料的要求，含钼为2.5%以上；腐蚀试验说明，该材料耐NaOH腐蚀。

表2 送检金属样品腐蚀试验结果

1.3 有漏旧管化学分析及腐蚀试验

化学分析报告表明，有漏旧管(30#)的化学成分不符合316L材料要求，含钼量为0.092%。腐蚀试验结果说明，该材料在氯离子溶液、40 ℃条件下容易发生点蚀。

1.4 无漏旧管化学分析及腐蚀试验

化学分析报告表明，无漏旧管化学成分基本符合316L的要求，但是有2条管子镍质量分数为10.2%，低于标准的12%～15%要求，其它钼质量分数2.4%低于标准2.5%的要求。腐蚀试验结果说明，该材料在氯离子溶液、40 ℃的条件下很容易发生点蚀。

1.5 液货样品化学分析

液货样品化学分析报告中表明：氢氧化钠质量分数为47.6%，氯化物质量分数为0.003 0%，液货物的氯的质量分数不高，腐蚀效果不明显。

1.6 管内液货残渣样品化学分析

管内残渣的化学分析报告中表明(见表3)：该管子残渣氯离子的质量分数为0.033%，是由于管内蒸发导致氯离子质量分数升高，但是因进厂后用水试压时冲淡了残渣，且在进厂修理前船方也进行了试压，否则氯离子的质量分数会更高。

表3 送检液体样品化学成分分析 %

1.7 液货管操作过程调查

按照液货管效用试验要求，以No.5舱为例阐述液货管驳油后吹除的操作步骤。

第一步，打开No.5舱货油泵将No.5舱货油抽至No.3舱中甲板汇集管站，在排出量约为0时将液货泵转速降到最低直到完全没有液体流出。

第二步，用0.8 MPa压缩空气吹除货油泵至泵出口蝶阀之间管路里的剩余货油，直到完全没有液体流出。

第三步，关闭泵出口蝶阀，将压缩空气从No.1舱总管上的吹除阀接入，对No.1、No.3、No.5三个舱的整个货油总管进行吹除，直到完全没有液体流出。

第四步，打开放残阀，放干管内残液。

从现场管子有漏的部位来看，漏点均出现在管子的底部，且都是D219×4管子。由于该批D219×4管位于液货管系统中最低位置，管子内残留有60 mm高的液体的痕迹，说明使用时没有完全把管内货油液体放干，管子内的液体残渣也较多，说明该液体的质量分数也较高。

1.8 船舶航行路线调查

通过咨询船东得知，该批液体货物是由上海运往澳大利亚，在运输过程中该船需要穿越赤道，甲板面液货管的温度有可能升至60 ℃。

1.9 其他发现

调查过程中发现，有漏的液货管是304不锈钢管；No.3舱注液管有一个弯头也是304不锈钢管，由于管子垂直安装，内表面没有发生腐蚀现象。

2 理论分析

2.1 电化学腐蚀机理

金属作为一个整体是电中性的，当金属与溶液接触时，2种活泼性不同的金属间将会产生电位差，在此过程中活泼金属将被消耗，也就是电化学的腐蚀过程。316L奥氏体不锈钢液货管在氯离子环境中受到腐蚀，腐蚀速率与金属合金的性质、介质的性质、pH值、环境温度、压力有着密切的联系[1]，见图1、图2。

图1 不锈钢腐蚀速率与环境温度的关系

图2 不锈钢腐蚀速率与氯离子质量分数的关系

2.2 氯离子对不锈钢氧化膜的破坏

处于钝化状态的金属仍然有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和修复(再钝化)处于动平衡状态。当介质中含有活性阴离子(常见的如氯离子)时，平衡便受到破坏，溶解占优势[2]。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑(孔径多在20～30 μm),这些小蚀坑称为孔蚀核。氯离子的存在对不锈钢的钝态起到直接的破坏作用。

2.3 海水对材料的腐蚀作用

在海水中，就一般腐蚀而言，不锈钢的腐蚀率并不高，但不锈钢在海水中的主要破坏形式是点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀，而且常常受到海水中的含氧量、氯离子质量分数、海水与材料的相对流速、海水的污染情况、温度以及海生物等因素的直接影响(海水的含氯离子质量分数平均量是1.9%)。一般来说，在室温(30 ℃ )以下，可选用含Mo2%～4%的0Cr17Ni12Mo2 和0Cr19Ni13Mo3等不锈钢；对于40～50 ℃ 以上的海水，一般Mo质量分数为2%～3%的不锈钢已处于临界状态，非常容易出现点蚀、缝隙腐蚀等破坏。该船航行的洲际航线夏天甲板的温度经常是高达60 ℃，甚至更高，这对于留有残余液货的液货管来说是非常不利的，钼的质量分数稍低的管子优先出现点腐蚀，高温下点腐蚀加速，随着出现点孔，造成管漏。

2.4 管路制作过程原因分析

对于在管子制作过程中因焊接的电离和飞溅等，发生腐蚀应该是在焊缝的周围，而其它环境造成的管子表面污染产生的腐蚀不会很快，大概腐蚀量是0.03 mm/y。

3 原因分析

3.1 管路操作过程不当造成腐蚀

管道内残留的液体在船舶航行中因甲板面液货管温度偏高，且由于装卸货物时使用海水清洗液货管系统，使管道达到氯离子溶液对不锈钢腐蚀的临界状态，并在高温下腐蚀加速，造成留有残余液体的管子发生点漏，没有残留液体位置的管子(阀件)却不会产生临界腐蚀。

3.2 材料不达标造成材料腐蚀

不锈钢材料存在元素含量不等(镍含量部分偏低，含钼量有高有低)，被腐蚀成有漏的管子中甚至查出有304的不锈钢管子；部分管子材料含Mn、Mo、Ni、Si等元素低时，加速了点腐蚀的发生，因为不锈钢管固溶后使Mn、Mo、Ni、Si等元素充分溶解于奥氏体，这些元素在抗点腐蚀中有很大的作用。

4 防范措施

1)在货物装卸完后必须及时对管子清洗并用压缩空气吹除干净，以减少氯离子对管道的腐蚀。

2)在运输、装卸过程中使用加热装置，温度不应高于30 ℃。在30 ℃时是可以满足防止NaOH结晶析出和质量分数的要求。

3)在高温条件下，在海水环境中使用不锈钢，应选用高Cr、Mo 等元素的奥氏体不锈钢，如00Cr18Ni16Mo5(N)、00Cr20Ni25Mo4.5Cu(N)、00Cr25Ni25Mo5N、00Cr20Ni18Mo6CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N等。

[1] 文佳卉，胡传顺，肖凯，等. 316L不锈钢焊缝的点蚀行为[J].理化检验-物理分册，2009，45(4)：205-207.

[2] 张俊旺，王文先，黄延平，等.奥氏体不锈钢焊缝金属的电化学腐蚀性能[J].焊接学报，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，广东兴宁人，高级工程师，大学本科，主要从事船舶维修技术管理工作。

2013-11-05