滨海城市盐碱性空气对不锈钢建筑材料的影响

汪陈

中铁建工集团有限公司上海分公司 上海 200331

摘要：不锈钢一般具有良好的耐腐蚀性，但在特殊的使用条件下，这种材料也可能存在孔隙腐蚀、断裂腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀等问题，应力腐蚀和晶间腐蚀对材料的安全性构成严重的威胁，影响了不锈钢材料的使用安全。在滨海城市中，潮湿盐碱性的空气中含有水分，一般呈弱碱性也可能呈弱酸性。海水中含有的大量氯离子可能会造成钢铁的腐蚀。文章研究了不同pH值对304不锈钢性能的影响。结果表明，304不锈钢对低酸碱溶液的腐蚀更为敏感，304不锈钢在中性溶液中的强度和塑性较低，对腐蚀的敏感性较低。文章阐述了不锈钢在濒海环境中的腐蚀原因及防锈措施。

关键词：滨海、盐碱性空气、不锈钢、腐蚀

1、前言

本文对304不锈钢材料进行了分析，并对其碱污染程度进行了评价，以期对304不锈钢的防腐研究有所帮助。不锈钢在建筑等行业中应用广泛，其水下特性一直是研究的重点，不锈钢水箱和不锈钢冷却塔在人们的生活中应用非常广泛，是人们生活中不可或缺的部分。实践中，位于福州市平潭岛上的福平铁路平潭高铁站，在滨海城市的潮湿盐碱性空气中施工完成调试运行数月，发现满水的不锈钢冷却塔底部渗水，仔细检查发现存在锈蚀穿孔现象。因此，为了保证设备的安全可靠运行，有必要检查不锈钢对各种pH溶液的损伤敏感性。

2、模拟实验

本文通过模拟实验对盐碱性空气中的不锈钢进行测试，检查其抗腐蚀的能力以及检测腐蚀物质中的各种物质成分。为了模拟碱性环境，同时加快实验的速度，将NaOH溶液的质量浓度从40g增加到500g，缩短了结果出现的时间。本文模拟了海水以及沿海空气的化学组成，从硼酸和氢氧化锂中选择腐蚀液，并使其与水的相对含量相适应，研究了pH值对奥氏体不锈钢应力腐蚀裂纹的影响及断口形貌分析。观察样品表面，在实际实验条件下，如果样品的断裂中心是坑中的孔，则应假设边缘交叉断裂或层间断裂易受应力腐蚀。如样品表面受到均匀彻底的腐蚀，断口上有许多裂纹，在弱碱性溶液中试样表面呈深灰色，在靠近断口的弱酸性溶液中试样表面较小。一些大凹坑中含有小凹坑或小孔，表明连续拉伸过程中的中心部分由强烈的塑性变形组成，这导致样品最终断裂，断裂边缘是断裂的标志。在低碱性溶液中，一般PH10左右的溶液，不锈钢的横截面粗糙，边缘明显断裂。剖面流动方向表明，裂缝发生在外表面，裂缝分为小的次生裂缝。试样的应力腐蚀强度和断口形貌较弱。

3、腐蚀物质的分析

3.1结果分析

对于黑色不锈钢的表面预处理，ISS的分析结果为：Fe 22；Cr 38；Ni 35，其中任何金属成分都可以转化为黑色材料：Fe 13.55；Cr 23.29；Ni 57.54。黑色腐蚀性物质易溶于细碱性溶液，在酸性介质中分散，加入硝酸后，形成一种悬浮液，黑色腐蚀性物质。因此，表面金属含量为Ni>Cr>Fe，最高为57.54%。304不锈钢表面被弱碱性的环境所腐蚀，导致不锈钢表面氧化膜结构的全面破坏。从取样过程的可视性来看，首次使用烧碱时，溶液中有明显的黑点，易于处理，不溶于碱性溶液，不会增加碱性溶液中有害颗粒的浓度。黑色腐蚀颗粒在钠腐蚀溶液中腐蚀时吸附在离子交换膜表面，负载乙醇时进入电解槽。腐蚀性材料中大量镍的存在可能严重损害离子交换膜的有效性，这当然只是一种假设。这就导致在滨海的环境中不锈钢水箱、不锈钢冷却塔经常出现黑色的腐蚀痕迹，且难以去除，如果时间较长，容易出现水箱、冷却塔渗漏的情况。不锈钢在碱性的环境中容易被腐蚀，这也是滨海地区经常更换设备的一个重要原因，导致了成本的增加。

3.2环境影响

不锈钢、铝合金、铝等具有钝化性能的金属在含有氯离子的环境中易发生多孔腐蚀。结果表明，不锈钢表面薄、无色、透明、富钝化铬。不锈钢表面天然、连续、多孔，不溶于水的损伤难以迅速更换和修复。它是将金属基体与腐蚀介质隔开的膜，起到负离子导体的保护作用，钝化膜严重阻碍了腐蚀离子的通过，即腐蚀离子的传导比腐蚀离子的传导大得多。腐蚀的主要原因是钝化膜破裂，局部成分的均匀性受到破坏，主要发生在钝化膜上。在海洋环境中，氯酸渗透是引起建筑物内钢筋腐蚀的主要原因。结果表明，即使混凝土中碳含量较低，pH溶液的孔隙率也较高，当钢筋周围钢筋混凝土孔溶液中氯离子浓度达到一定值时，高浓度氯离子仍会对钢筋造成损伤，不锈钢表面钝化膜损坏，导致气蚀腐蚀，导致不锈钢局部腐蚀，破坏钢筋混凝土结构的可靠性，影响建筑物的安全。同时，氯在腐蚀过程中起着催化剂的作用，它不会因腐蚀而减少，而是在腐蚀过程中继续发生。濒海环境中含有大量的氯离子，加上空气中的含水量很大，常常在不锈钢表明形成水滴，氯离子作为介质，使得溶液具有导电作用，与不锈钢发生电化学反应形成原电池，加速了钢铁的腐蚀，大大减少了使用寿命。

4、解决办法

根据以上对不锈钢腐蚀及我国不锈钢设备腐蚀现状的分析，采取了以下措施：主要手段是正确选择原材料和焊接材料，降低母材中的碳含量。钢中的碳被还原到0.1以下，这相当于在室温下的溶解度，因此分离的加热不发生或很少发生，这就大大增加了形成超低碳钢的难度。超低碳奥氏体不锈钢具有很高的耐腐蚀性，从高纯铬镍奥氏体不锈钢中，选择优质的硅铬镍奥氏体和铁素体奥氏体，这种钢有一定的腐蚀含量，以保证双向管道的形成提高管道的防腐能力。焊接时对管内焊缝的保护。避免设备或容器破裂，裂纹的存在会导致腐蚀性介质的滞留和积聚，并导致焊接接头的应力集中。这类接头在设备维修过程中经常出现，结构应与流动机构的特性相适应，不应有死角，避免深沟和不饱和溶液。尽量避免焊接结构，消除和降低设备或其部件的残余压力。在连接管处应采用硬装，焊接张力尽可能地向里，焊工不得左右摆动电弧，不得随意点击电弧。在固体焊接完毕后，固溶体溶解在溶液中，在奥氏体中分解，恢复钢中的平均铬含量，提高焊接张力，但难点是一些大而复杂的细节。由于滨海的特殊条件使得304不锈钢难以承受腐蚀，因此最好的解决办法是使用标号更高的316L不锈钢材料，它能够更好的抵抗腐蚀，同时可以在外表面加上防腐蚀的涂层。

结语：

不锈钢腐蚀的原因及防腐措施主要基于一种腐蚀机理。在实际应用中，往往存在两种或两种以上的腐蚀机理，因此在选择不锈钢时应充分考虑各种腐蚀条件的可能性。建议在滨海城市环境中使用标号不低于316L的不锈钢材料，以避免生锈，产生隐患。或者使用保温材料将直接接触水的不锈钢材料包覆，以隔绝潮湿盐碱性空气。316L不锈钢更耐盐碱性空气的腐蚀，应用更加广泛。

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