石油化工行業(yè)不銹鋼的常見腐蝕分析與涂層防護(hù)

• 2018年11月1日 YaoEnHua來源：中國涂料在線 1407 93
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  如何應(yīng)對2019年新形勢下中國石油化工行業(yè)的變化與挑戰(zhàn)！

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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(tài)的，為此不銹鋼相對來講具有很好的耐腐蝕性。同時(shí)，不銹鋼還具有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、加工性能好的特點(diǎn)，在石油化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如壓力容器、管道、設(shè)備等。由于石油化工行業(yè)工況的多樣性，伴隨著不銹鋼的

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(tài)的，為此不銹鋼相對來講具有很好的耐腐蝕性。同時(shí)，不銹鋼還具有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、加工性能好的特點(diǎn)，在石油化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如壓力容器、管道、設(shè)備等。由于石油化工行業(yè)工況的多樣性，伴隨著不銹鋼的腐蝕也是復(fù)雜多樣中國涂料在線coatingol.com。由于長期處于惡劣環(huán)境下，不銹鋼難免會發(fā)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(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。而且，全面腐蝕是逐步過程，可以提前進(jìn)行防范。但是局部腐蝕過程帶有不可預(yù)見性，相對來講帶來的潛在危害更大。為了保證不銹鋼設(shè)備和構(gòu)件的安全、正常運(yùn)轉(zhuǎn)，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(hù)方案和表面處理方法。

不銹鋼常見腐蝕情況及分析

點(diǎn)腐蝕

在不銹鋼表面局部很小部位發(fā)生的腐蝕，會向深處縱伸，其余部位沒有腐蝕或者發(fā)生很輕微的腐蝕，這就是點(diǎn)腐蝕，簡稱點(diǎn)蝕。常見氯離子對于不銹鋼的腐蝕就屬于點(diǎn)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(fā)生點(diǎn)腐蝕。二則，隨著氯離子在點(diǎn)蝕坑的富集，引起陽極溶解加速，腐蝕向不銹鋼深處擴(kuò)展，點(diǎn)蝕加劇。這就是為何海洋環(huán)境下，不銹鋼構(gòu)件、設(shè)備、儲罐發(fā)生腐蝕的原因。

應(yīng)力腐蝕開裂

應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)是由拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用而引起的開裂。不銹鋼經(jīng)過加工鍛造、熱處理、以及裝配過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。同時(shí)，處于特定腐蝕環(huán)境的不銹鋼發(fā)生了腐蝕。那么，在應(yīng)力和腐蝕共同作用下，不銹鋼內(nèi)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(jìn)行擴(kuò)展。裂紋最終超過不銹鋼承受極限，致使不銹鋼開裂。

根據(jù)應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生的機(jī)理，為了避免不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂，除了要進(jìn)行防腐處理，還要盡量減少應(yīng)力的影響。如降低設(shè)計(jì)應(yīng)力，合理設(shè)計(jì)，減少局部應(yīng)力集中，降低不銹鋼對于SCC的敏感性。同時(shí)，不銹鋼合金元素也會影響應(yīng)力腐蝕開裂，如在氯離子介質(zhì)中，氮、磷會加速應(yīng)力腐蝕開裂，而硅、鎳會提高耐應(yīng)力腐蝕開裂的能力。為此，避免不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂的方式是多方面的，要結(jié)合實(shí)際工況和需求進(jìn)行合理選擇。

晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼經(jīng)過焊接后，在焊縫處經(jīng)常發(fā)生晶間腐蝕，引起破壞。關(guān)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(shí)間加熱，鄰近區(qū)域成為晶間腐蝕敏化區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，鉻和碳發(fā)生化合反應(yīng)，從固溶體內(nèi)沉淀出來，此區(qū)域內(nèi)的鉻含量在降低，形成晶間貧鉻區(qū)。腐蝕會沿著金屬或合金晶粒間不斷發(fā)展，不銹鋼的強(qiáng)度降低。通常從外表面很難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受到外力作用時(shí)，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(fā)生。而且，在450～850 ℃的敏化溫度范圍內(nèi)，晶間腐蝕的幾率越大。

縫隙腐蝕

縫隙腐蝕在石油化工行業(yè)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(chǔ)的接觸面等等?？p隙腐蝕的起因是濃差腐蝕，即在縫隙內(nèi)與縫隙外存在金屬離子或者氧的濃度差。腐蝕的發(fā)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?？p隙內(nèi)氧的不斷消耗，致使氧濃度低，視為陽極。隨著縫隙內(nèi)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(shí)主要考慮的是底漆的選擇，底漆作為多層體系的最下層，與基材直接接觸，除去保護(hù)基材不腐蝕之外，底漆還是作為后續(xù)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(huán)氧漆，含有金屬類的環(huán)氧漆除外，如環(huán)氧富鋅漆。因?yàn)榄h(huán)氧漆相對來講粘結(jié)強(qiáng)度高，防腐和適用性能好，也是較為常用的防腐類底漆。環(huán)氧漆與經(jīng)過噴砂處理后的不銹鋼能夠很好的結(jié)合，通常拉拔強(qiáng)度超過5MPa。但環(huán)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(hù)作用。而不銹鋼表面的自鈍化形成的鈍化膜會降低環(huán)氧富鋅底漆的陰極保護(hù)作用。為此，環(huán)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(huán)氧磷酸鋅漆作為底漆。環(huán)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(fā)生緩慢反應(yīng)，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(huán)氧磷酸鋅底漆與不銹鋼的很好的結(jié)合力。同時(shí)，正磷酸鋅還與基料中的羥基和羧基以及腐蝕環(huán)境中的某些離子發(fā)生反應(yīng)，形成絡(luò)合物，而這種絡(luò)合物能與腐蝕產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，在底材表面上形成緊密附著的保護(hù)膜。正磷酸鋅的這些性能，不但提供了防腐性能，同時(shí)還與基材形成了緊密的結(jié)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(huán)氧磷酸鋅底漆。關(guān)于環(huán)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(shí)際石油化工的不銹鋼外防腐的表面確實(shí)是多采用環(huán)氧磷酸鋅底漆，表現(xiàn)出良好的結(jié)合力。 為整個(gè)涂層防腐體系性能的發(fā)揮，提供了基礎(chǔ)。但是由于磷酸鋅微溶于水，所以對于浸泡環(huán)境，特別是同時(shí)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(jìn)行粗糙化的不銹鋼，在表面預(yù)處理以后，可以使用磷化底漆進(jìn)行打底處理。磷化底漆通常是由聚乙烯醇縮丁醛、環(huán)氧樹脂、磷酸、磷酸鹽、醇類及體質(zhì)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(jìn)行很好的結(jié)合，通常用作預(yù)處理的底漆使用，為后面的涂層結(jié)合提供承上啟下的作用。但其本身的耐腐蝕性能較差，后續(xù)會根據(jù)需要涂裝環(huán)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(huán)境的不銹鋼，除了考慮到涂層的結(jié)合力，還要考慮到涂層的耐腐蝕性能。結(jié)合石油化工行業(yè)的工況苛刻性和復(fù)雜性，通常來講環(huán)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(huán)氧漆性能更優(yōu)的常用漆是酚醛環(huán)氧漆和乙烯基酯樹脂漆。

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

乙烯基酯樹脂是由環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸反應(yīng)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(yīng)的引發(fā)劑，乙烯基酯樹脂的活性交聯(lián)點(diǎn)(雙鍵)位于分子的端部，易于發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，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(shí)樹脂中的苯環(huán)提供了剛性和熱穩(wěn)定性，酯基保證了耐堿、耐水性，醚鍵的化學(xué)穩(wěn)定性好，羥基加強(qiáng)了樹脂與基材的結(jié)合力。由此，乙烯基酯樹脂交聯(lián)固化可形成穩(wěn)定、強(qiáng)耐腐蝕的涂層，整體性能異常優(yōu)異 。石油化工行業(yè)防腐常用的是雙酚A環(huán)氧乙烯基酯樹脂和酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂，自20世紀(jì)60年代美國殼牌化學(xué)推出的Epocrgl品牌后，乙烯基酯樹脂得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和應(yīng)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(qiáng)腐蝕環(huán)境下，例如脫硫煙道、煙囪的內(nèi)襯，有強(qiáng)摩擦、磕碰、酸腐蝕的浮選機(jī)的內(nèi)襯等等。

在涂層方案選擇的時(shí)候，涂層的耐受性能是必須要滿足使用要求，同時(shí)也要考慮涂層的實(shí)際施工性能、造價(jià)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(yù)處理

不銹鋼在進(jìn)行表面涂裝前，首先需要進(jìn)行預(yù)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(jìn)行預(yù)處理之后，達(dá)到清潔、表面機(jī)械平整以及符合其他相關(guān)要求。在保證涂層附著力可以到達(dá)要求的前提下，可以不予后續(xù)表面處理。如果考慮到提高涂層的附著力，可以進(jìn)行輕微的掃砂處理，具體的粗糙度可以參考涂料供應(yīng)商的施工指導(dǎo)書。

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