水压试验为何控制氯离子的浓度

摘要

水压试验时控制氯离子浓度≦25ppm的原因在于氯离子对不锈钢的钝态具有破坏作用。氯离子能吸附在钝化膜上，导致膜溶解并生成小蚀坑，从而破坏不锈钢的钝化状态。在含氯离子的环境中，不锈钢既不易产生也不易维持钝化。此外，氯离子还会引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀，即使在微量存在下也可能导致金属断裂。因此，在水压试验中，需控制水中氯离子含量，以防止不锈钢容器受到腐蚀破坏。

正文

水压试验为何控制氯离子的浓度≦25ppm

处于钝态的金属仍有一定的反应能力，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。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20～30μm），这些小蚀坑称为孔蚀核，亦可理解为蚀孔生成的活性中心。氯离子的存在对不锈钢的钝态起到直接的破坏作用。对含不同浓度氯离子溶液中的不锈钢试样采取恒电位法测量的电位与电流关系曲线中可以看出阳极电位达到一定值，电流密度突然变小，表示开始形成稳定的钝化膜，其电阻比较高，并在一定的电位区域（钝化区）内保持。随着氯离子浓度的升高，其临界电流密度增加，初级钝化电位也升高，并缩小了钝化区范围。对这种特性的解释是在钝化电位区域内，氯离子与氧化性物质竞争，并且进入薄膜之中，因此产生晶格缺陷，降低了氧化物的电阻率。因此在有氯离子存在的环境下，既不容易产生钝化，也不容易维持钝化。

在用奥氏体不锈钢制造的压力容器中，如果有氯化物溶液存在，也会产生应力腐蚀。这是由于溶液中的氯离子使不锈钢表面的钝化膜受到破坏，在拉伸应力的作用下，钝化膜被破坏的区域就会产生裂纹，成为腐蚀电池的阳极区，连续不断的电化学腐蚀最终可能导致金属的断裂。

这种腐蚀与氯离子的浓度关系不大，即使是微量的氯离子，也可能产生应力腐蚀。在实际生产中，有些设备并不是在正常操作条件下被腐蚀破坏的，而是在停车期间由于残留在容器中低浓度（5％）的氯化物冷凝液，产生了应力腐蚀裂纹。也有因为用含氯离子浓度较高的水进行耐压试验，结果残留在容器中的水被浓缩而生产应力腐蚀。

氯离子对奥氏体不锈钢的应力腐蚀，其裂纹通常是穿晶型的，并且多数是分枝状裂纹。多数腐蚀裂纹都产生在焊缝附近，这就充分说明焊接残余应力是一个重要的因素。

材料在拉伸应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀。敏感的合金、特定的介质和一定的拉伸应力(工作应力,焊接残余应力或其叠加达到一定值时)是发生应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料，其应力腐蚀只在特定的介质中发生。如,黄铜在氨中,碳钢在碱中,奥氏体不锈钢在氯中,均为应力腐蚀敏感体系,极易产生应力腐蚀。

故奥氏体不锈钢制容器在水压试验时,要控制水中氯离子含量。