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相關資訊:石油化工行業不銹鋼的常見腐蝕分析與涂層防護

   不銹鋼含有合金元素，可以氧化形成鈍化層，并且該鈍化層是動態的，為此不銹鋼相對來講具有很好的耐腐蝕性。同時，不銹鋼還具有強度高、韌性強、加工性能好的特點，在石油化工行業得到廣泛應用，如壓力容器、管道、設備等。由于石油化工行業工況的多樣性，伴隨著不銹鋼的腐蝕也是復雜多樣中國涂料在線coatingol.com。由于長期處于惡劣環境下，不銹鋼難免會發生腐蝕。不銹鋼的腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕。不銹鋼的全面腐蝕可以通過資料數據進行預測。而且，全面腐蝕是逐步過程，可以提前進行防范。但是局部腐蝕過程帶有不可預見性，相對來講帶來的潛在危害更大。為了保證不銹鋼設備和構件的安全、正常運轉，必須采取有效的防腐措施。本文著重分析了不銹鋼局部腐蝕的原因，提出了涂層的防護方案和表面處理方法。

    不銹鋼常見腐蝕情況及分析

    點腐蝕

    在不銹鋼表面局部很小部位發生的腐蝕，會向深處縱伸，其余部位沒有腐蝕或者發生很輕微的腐蝕，這就是點腐蝕，簡稱點蝕。常見氯離子對于不銹鋼的腐蝕就屬于點蝕。氯離子半徑較小，易于吸附在不銹鋼表面。氯離子一則可以破壞不銹鋼表面的鈍化膜，致使不銹鋼發生點腐蝕。二則，隨著氯離子在點蝕坑的富集，引起陽極溶解加速，腐蝕向不銹鋼深處擴展，點蝕加劇。這就是為何海洋環境下，不銹鋼構件、設備、儲罐發生腐蝕的原因。

    應力腐蝕開裂

    應力腐蝕開裂（SCC）是由拉應力和腐蝕介質共同作用而引起的開裂。不銹鋼經過加工鍛造、熱處理、以及裝配過程中會產生殘余應力。同時，處于特定腐蝕環境的不銹鋼發生了腐蝕。那么，在應力和腐蝕共同作用下，不銹鋼內部生成裂紋。裂紋可以通過晶間型、穿晶型或者混合型的方式進行擴展。裂紋超過不銹鋼承受極限，致使不銹鋼開裂。

    根據應力腐蝕開裂發生的機理，為了避免不銹鋼的應力腐蝕開裂，除了要進行防腐處理，還要盡量減少應力的影響。如降低設計應力，合理設計，減少局部應力集中，降低不銹鋼對于SCC的敏感性。同時，不銹鋼合金元素也會影響應力腐蝕開裂，如在氯離子介質中，氮、磷會加速應力腐蝕開裂，而硅、鎳會提高耐應力腐蝕開裂的能力。為此，避免不銹鋼應力腐蝕開裂的方式是多方面的，要結合實際工況和需求進行合理選擇。

    晶間腐蝕

    奧氏體不銹鋼經過焊接后，在焊縫處經常發生晶間腐蝕，引起破壞。關于晶間腐蝕廣為接受的解釋是貧鉻理論，奧氏體不銹鋼在450℃～850℃長時間加熱，鄰近區域成為晶間腐蝕敏化區。在此區域內，鉻和碳發生化合反應，從固溶體內沉淀出來，此區域內的鉻含量在降低，形成晶間貧鉻區。腐蝕會沿著金屬或合金晶粒間不斷發展，不銹鋼的強度降低。通常從外表面很難發現，當受到外力作用時，不銹鋼破碎。通過晶間腐蝕的原理分析不難看出，不銹鋼中碳含量越高，晶間腐蝕越容易發生。而且，在450～850℃的敏化溫度范圍內，晶間腐蝕的幾率越大。

    縫隙腐蝕

    縫隙腐蝕在石油化工行業的不銹鋼中也較為常見，如不銹鋼管件法蘭連接處、螺栓螺紋連接處、不銹鋼儲罐罐底板外邊緣與基礎的接觸面等等。縫隙腐蝕的起因是濃差腐蝕，即在縫隙內與縫隙外存在金屬離子或者氧的濃度差。腐蝕的發展是由于閉塞電池的自催化腐蝕。例如海水浸泡的不銹鋼，縫隙外氧濃度高，視為陰極。縫隙內氧的不斷消耗，致使氧濃度低，視為陽極。隨著縫隙內腐蝕形成的金屬離子的富集，縫隙外的氯離子很自然被吸引到縫隙處，縫隙處陰陽離子堆積，形成了閉塞電池，縫隙腐蝕加速。

    不銹鋼的涂層防腐措施

    涂料的選擇

    不銹鋼表面較為光滑，具有鈍化層，為此，不銹鋼表面涂層的選擇有別于碳鋼和低合金鋼。通常來講，不銹鋼表面涂層的選擇其實主要考慮的是底漆的選擇，底漆作為多層體系的下層，與基材直接接觸，除去保護基材不腐蝕之外，底漆還是作為后續涂層的過渡層。一旦底漆的附著力不好，直接造成涂層整體脫落。像不銹鋼這種特殊金屬，底漆的選擇尤為重要。

    （1）對于噴砂處理后的不銹鋼表面推薦采用環氧漆，含有金屬類的環氧漆除外，如環氧富鋅漆。因為環氧漆相對來講粘結強度高，防腐和適用性能好，也是較為常用的防腐類底漆。環氧漆與經過噴砂處理后的不銹鋼能夠很好的結合，通常拉拔強度超過5MPa。但環氧富鋅漆主要是利用鋅的高活性，在與金屬接觸后，起到陰極保護作用。而不銹鋼表面的自鈍化形成的鈍化膜會降低環氧富鋅底漆的陰極保護作用。為此，環氧富鋅漆不能使用在不銹鋼表面。

    （2）針對表面粗糙度很低（光滑）的不銹鋼，通常情況下采用環氧磷酸鋅漆作為底漆。環氧磷酸鋅底漆所添加的磷酸鋅為正磷酸鋅Zn3（PO4）2?nH2O，（n=2,4）。正磷酸鋅的ChinaCoats.netZn2+和PO43+與底材發生緩慢反應，生成Me（金屬）-Zn-P2O5的磷化膜，這層磷化膜致密，與基材附著牢固，保證了環氧磷酸鋅底漆與不銹鋼的很好的結合力。同時，正磷酸鋅還與基料中的羥基和羧基以及腐蝕環境中的某些離子發生反應，形成絡合物，而這種絡合物能與腐蝕產物發生反應，在底材表面上形成緊密附著的保護膜。正磷酸鋅的這些性能，不但提供了防腐性能，同時還與基材形成了緊密的結合，為此，對于工件表面處理等級要求不高的工況下，多采用環氧磷酸鋅底漆。關于環氧磷酸鋅底漆中正磷酸鋅的效用原理解釋頗多，在此不予深究，在實際石油化工的不銹鋼外防腐的表面確實是多采用環氧磷酸鋅底漆，表現出良好的結合力。為整個涂層防腐體系性能的發揮，提供了基礎。但是由于磷酸鋅微溶于水，所以對于浸泡環境，特別是同時伴以高溫的工況，盡量不采用含有磷酸鋅的底漆。

    （3）對于表面不能進行粗糙化的不銹鋼，在表面預處理以后，可以使用磷化底漆進行打底處理。磷化底漆通常是由聚乙烯醇縮丁醛、環氧樹脂、磷酸、磷酸鹽、醇類及體質顏料組成，通常是雙組分包裝。磷化底漆一般比較稀，在基材表面的厚度為8~12μm，能與光滑表面進行很好的結合，通常用作預處理的底漆使用，為后面的涂層結合提供承上啟下的作用。但其本身的耐腐蝕性能較差，后續會根據需要涂裝環氧漆、聚氨酯漆等等。磷化底漆的黏度小，通常是采用空氣噴涂、輥涂或者刷涂，不建議高壓無氣噴涂。

    （4）對處于浸泡環境的不銹鋼，除了考慮到涂層的結合力，還要考慮到涂層的耐腐蝕性能。結合石油化工行業的工況苛刻性和復雜性，通常來講環氧漆的適用范圍有限，特別是對于酸的耐受性能偏低，在涂料的范疇里，較之環氧漆性能更優的常用漆是酚醛環氧漆和乙烯基酯樹脂漆。

    酚醛環氧漆是環氧氯丙烷和線型酚醛樹脂合成的線性聚合物，其平均每個分子中的環氧官能度都要大于2，相對環氧基含量更多。中國涂料網酚醛環氧漆固化后，分子的交聯密度更高，耐酸堿的性能更優，漆膜的硬度、耐磨性能等也會更好，通常來講耐溫可以達到230℃的干熱。作為更的防腐涂料用于惡劣環境下的化工設施設備防護涂層。

 

    乙烯基酯樹脂是由環氧樹脂與甲基丙烯酸反應得到的熱固性樹脂，該類樹脂通常是采用過氧化物作為反應的引發劑，乙烯基酯樹脂的活性交聯點（雙鍵）位于分子的端部，易于發生交聯反應，因而乙烯基酯樹脂的固化度比不飽和聚酯樹脂的固化度要高很多，整體的耐腐蝕性能也得到提升。同時樹脂中的苯環提供了剛性和熱穩定性，酯基保證了耐堿、耐水性，醚鍵的化學穩定性好，羥基加強了樹脂與基材的結合力。由此，乙烯基酯樹脂交聯固化可形成穩定、強耐腐蝕的涂層，整體性能異常優異。石油化工行業防腐常用的是雙酚A環氧乙烯基酯樹脂和酚醛環氧乙烯基酯樹脂，自20世紀60年代美國殼牌化學推出的Epocrgl品牌后，乙烯基酯樹脂得到了突飛猛進的發展和應用。乙烯基酯樹脂除了被用作涂料的基體，還制作成乙烯基酯樹脂膠泥、乙烯基酯樹脂玻璃鋼，被廣泛使用在極為苛刻的強腐蝕環境下，例如脫硫煙道、煙囪的內襯，有強摩擦、磕碰、酸腐蝕的浮選機的內襯等等。

    在涂層方案選擇的時候，涂層的耐受性能是必須要滿足使用要求，同時也要考慮涂層的實際施工性能、造價等因素。

    表面處理

    常見的不銹鋼表面的處理方式有以下幾種。

    （1）預處理

    不銹鋼在進行表面涂裝前，首先需要進行預處理，去除表面的油污、焊渣、灰塵、除去邊角毛刺等。對于新的、完好的不銹鋼，表面在進行預處理之后，達到清潔、表面機械平整以及符合其他相關要求。在保證涂層附著力可以到達要求的前提下，可以不予后續表面處理。如果考慮到提高涂層的附著力，可以進行輕微的掃砂處理，具體的粗糙度可以參考涂料供應商的施工指導書。

    （2）噴砂

    對于表面存有大面積銹蝕物、積炭、焊渣等的不銹鋼，在進行預處理之后，建議采取噴砂處理。噴砂分為干噴砂和濕噴砂，干噴砂容易造成灰塵污染，需要配備防塵裝置；濕噴砂的原理是先將磨料與水混合成砂漿，而后再高壓噴出。為避免水的存在而引起的閃銹，在混合砂漿里需要添加適當的緩蝕劑，如亞硝酸鈉。

    為了避免氯離子對于不銹鋼的腐蝕，所采用的磨料必須是不能含有鹵素的。同時，不能使用鋼砂或者鐵砂，因為這可能會使部分顆粒嵌入到不銹鋼表面，引發電偶腐蝕。推薦使用石榴石或者棕剛玉。

    （3）手工處理

    對于薄壁的不銹鋼構件，若進行噴砂處理可能會使表面變形，所以不能采取噴砂處理，常見的方式是手工處理。可以采用80目的砂紙進行手工打磨，表面不能有任何污物，表面盡量有一定的粗糙度，以提高后續涂層的附著力。

    （4）酸洗鈍化

    酸洗鈍化其實是一舉兩得，一則可以清潔不銹鋼表面，二則通過酸洗去掉貧鉻層，形成新的鈍化層。該鈍化層較之不銹鋼自身的鈍化層更為致密、有效，不銹鋼的耐腐蝕性會隨之提高。根據操作方式不同，不銹鋼酸洗鈍化處理主要有膏劑法、浸漬法、涂刷法、噴淋法、循環法、電化學法6種。其中膏劑法就是將酸洗鈍化膏涂抹在相應部位，如容器的焊縫、扶梯、掛角等等部位，無需專門的設備和場地，簡單靈活易操作，適合現場的施工。具體的可以參考標準GB/T3595-94不銹鋼酸洗鈍化膏。

    但是酸洗的能力是有限的，對等離子切割、火焰切割而產生的黑色氧化皮較難除去，這就需要借助手工或者噴砂進行處理。

    結語

    現代工業飛速發展，對于不銹鋼的需求也在提升，要求也更為苛刻。本文對于不銹鋼的防腐還是主要從腐蝕機理角度去考慮，特別是現場常見的局部腐蝕。現實使用中，不銹鋼的腐蝕可能是多種腐蝕情況共同存在，不能單一的考慮。對于涂層防護來講，合理的涂層體系是不銹鋼涂層防護的關鍵。同時，介紹了不銹鋼的表面處理方法，以幫助現場施工。綜合來講，涂層對于不銹鋼的防護也有其局限性，這只是其中的一種舉措。恰當的設計，合理的選材，優化的加工過程，再借助涂層防護方案，才能更有效的降低腐蝕的發生。

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