点蚀和缝隙腐蚀
如何识别和预防点蚀和缝隙腐蚀
Buddy Damm，世伟洛克资深科学家
腐蚀 — 因与环境产生化学作用而导致的工程材料劣化是一个代价高昂的问题。全球腐蚀成本估计约为每年 2.5 万亿美元。1 根据美国国家腐蚀工程师协会 (NACE) 的研究，特别是在海上和近海应用中，管道系统中未受控制的不锈钢腐蚀是造成利润损失的主要原因，每年造成的损失高达 13.73 亿美元。据 NACE 称，这些数字可归因于“5.89 亿美元的地面管道和设施成本；每年 4.63 亿美元的井下管路费用；以及另外 3.2 亿美元与腐蚀有关的资本支出”。2
好消息是，常见类型的腐蚀可以通过一些相对简单的措施来减轻或预防，以免对油气流体系统造成重大且成本高昂的损害。
采取积极主动的措施将由您识别和区分一系列腐蚀类型并实施适当解决方案的能力决定的。点蚀和缝隙腐蚀是油气行业中常见的腐蚀类型，也是成本很高的腐蚀类型。鉴于此，让我们来分析一下腐蚀发生的原因、点蚀与缝隙腐蚀的区别，以及如何保护您的资产免受腐蚀相关故障的影响。
什么是腐蚀及什么原因导致不锈钢腐蚀？
从基本层面来看，腐蚀是一系列电化学反应，阳极发生氧化（失去电子），阴极发生还原（获得电子）。几乎全世界使用的所有金属在某些特定的条件下都会腐蚀。例如，管路中的铁可能会氧化，产生两个电子，并以 Fe++ 正离子的形式溶解到水中。与此同时，氧化铁中的电子可能会参与还原反应，利用溶解在 H2O 中的 O2 形成 OH- 负离子。这会产生锈蚀，而铁锈是碳钢腐蚀的常见副产物。然而，还存在多种其他类型的腐蚀。在为您的应用选择理想的材料时，每种类型的腐蚀都会造成独特威胁，因此必须对其进行评估。
金属卡套管系统常用于分析与工艺仪表中、液压管路中以及控制和公共设施应用中。在石油和天然气应用中使用的许多金属均由含 10％ 以上铬的不锈钢制成。铬有助于形成氧化层，保护金属免受腐蚀。然而，当环境条件或机械损伤导致不锈钢氧化铬破裂时，不锈钢会发生腐蚀。如果保护性氧化物不能在特定溶液中重新形成，腐蚀反应就会迅速发展。
采取相应的措施，可防止油气应用中的不锈钢腐蚀，尤其是海上应用。采取措施前，需要从根本上了解不同类型的腐蚀及腐蚀原因。了解腐蚀的位置可以尽可能地降低石油钻井平台和炼油厂的风险，从而节省大量的时间和金钱。
什么是点蚀？什么是缝隙腐蚀？以及如何识别点蚀和缝隙腐蚀？
多种类型的腐蚀会对油气装置造成严重破坏，这取决于建筑材料的成分、运行环境和工艺流体。但有两种形式的局部不锈钢腐蚀比其他腐蚀更频繁发生：点蚀和缝隙腐蚀。
合金化学性质和抗局部腐蚀性能侵蚀
当环境导致不锈钢合金上耐腐蚀的富铬钝化氧化膜破裂时，就会发生点蚀和缝隙腐蚀。在近海和近岸环境中，海水和空气中的氯离子 (Cl-) 会破坏钝化氧化膜。促进形成更稳定钝化氧化膜的合金添加元素包括铬、钼、钨和氮。通常采用耐点蚀当量值 (PREN) 来表征合金钝化氧化膜抵抗 - 离子侵蚀的相对稳定性。
PREN = %Cr + 3.3x(%Mo + %W) + 16x%N
什么是点蚀？
虽然通过彻底的目视检查可以发现蚀坑的入口，但在表面之下可能潜伏着深层的流失材料网络。如果任其发展，这种蚀坑可能会发展到足以完全穿透管壁，造成代价高昂的泄漏、环境和安全危害，并需要进行昂贵的计划外维护。点蚀还可能导致承受拉伸负载的部件出现裂纹，并使裂纹不断扩大。在 Cl- 浓度较高的环境（包括由沉积的盐水水滴蒸发而产生的环境）中，更易于引起点蚀。与凉爽干燥的气候相比，温暖潮湿的热带气候会增加腐蚀速率。
在检查不锈钢管道是否存在点蚀时，请注意红棕色氧化铁沉积物以及可能在金属表面形成的蚀坑。特别注意带有 Cl- 的水（如海水）可能聚集和蒸发的朝上表面，或悬挂液滴蒸发的朝下区域。随着水的蒸发，剩余水中的 Cl- 浓度会增加，腐蚀性也会增强。
什么是缝隙腐蚀？
在典型的流体系统中，卡套管与卡套管支架或管夹之间、相邻卡套管之间以及可能积聚在表面上的污垢和下方沉积物都存在缝隙。缝隙在卡套管装置中几乎是无法避免的，并且紧密型裂缝是不锈钢完整性的巨大威胁之一。在沿海或海上应用中，当海水扩散到缝隙中时，会发生缝隙腐蚀，从而形成腐蚀性离子不易从缝隙中扩散出来的化学侵蚀性环境。因此，随着电化学反应的进行，缝隙中的局部环境变得更具腐蚀性。在这种情况下，缝隙内的整个表面可能快速腐蚀。
通常仅当从安装的卡套管上拆下管夹时，才能目测观察到缝隙腐蚀。需要注意的是，缝隙腐蚀可能在比点蚀更低的温度下发生，因为随着缝隙腐蚀的进行，会形成更具腐蚀性的环境（例如管夹）。
如何阻止点腐蚀，以及如何阻止缝隙腐蚀？
在许多情况下，通过向员工讲授 基础材料知识，并采用防腐蚀的优秀实践做法，可以尽可能地减少腐蚀。
首先，考虑从卡套管本身到卡套管支撑夹和卡套管夹的卡套管应用材料选择。较高的 PREN 值可提供更强的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。根据 ASTM G48 标准，临界点蚀温度 (CPT) 和临界缝隙温度 (CCT) 的实验室测试是比较腐蚀环境中所用材料的有效方法。CPT 测试评估的是材料在特定腐蚀溶液中开始出现点蚀时的温度。同样，当在腐蚀性溶液中的金属样品上布置一个预定的缝隙时，CCT 测试会评估开始出现缝隙腐蚀时的温度。随着 PREN 值的增加，CPT 和 CCT 值也会增加。
CPT 和 CCT 在 10% 氯化铁中通过 ASTM G48 测量
抗点蚀当量值 (PREN)、临界点蚀 (CPT) 和临界缝隙 (CCT) 温度
CPT 和 CCT 值高的材料通常比数值低的材料更适合用于类似的腐蚀环境。例如，在上图所示的材料中，304L 的 CPT 值最低，而 6Mo 和 2507 是不锈钢 CPT 和 CCT 温度值最高的两种材料。 这表明，在含氯溶液中，6Mo 和 2507 比 304L 和 316L 更能抵抗点蚀和缝隙腐蚀。重要的是要记住，这些测试有助于比较和选择材料，但不能预测材料在实际应用中何时会失效。625、C22 和 C276 等镍基合金具有最强的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。
316L 级不锈钢卡套管 (UNS S31603) 在很多装置上都可正常工作，只要保持清洁，且温度不过高即可。在温度较高的气候条件下，尤其是在盐沉积物易于形成的位置以及碳钢结构梁和地板的锈蚀积聚在不锈钢表面的设施中，更容易发现 316L 不锈钢管的腐蚀。不过，由于添加了钼产生的有益效果，316L 在这些腐蚀环境中的性能通常优于 304L (UNS S30403) 不锈钢。
在 316L 无法满足应用寿命要求的情况下，超级奥氏体（如 6Mo 或 6HN，UNS N08367）不锈钢或超级双相（如 2507，UNS S32750）不锈钢制成的卡套管可显著提高耐腐蚀性。此外，超级奥氏体不锈钢和超级双相不锈钢具有更高的屈服强度和拉伸强度，也使得更易于构建必须达到更高的最大允许工作压力 (MAWP) 的系统。与您的卡套管和卡套管接头供应商合作，在选择正确的产品和材料方面获得指导，可以帮助您避免代价高昂的错误。
除了材料选择之外，谨慎的系统设置对于防止腐蚀和尽可能地减少缝隙腐蚀发生的位置数量也是非常必要的。减缓卡套管系统缝隙腐蚀的方法之一是避免将卡套管直接铺设在墙壁上或彼此接触。当发现 316L 不锈钢卡套管出现缝隙腐蚀时，可以用 6Mo 等耐腐蚀性更强的卡套管替换 316L 卡套管，在建议的混合材料工程组合中，6Mo 卡套管可以与成本效益高的 316L 卡套管一起安装。
是否有兴趣了解更多内容？现有的培训计划 可帮助您的团队掌握更深层次的知识，让新团队成员和行业资深人士都能从中受益。在其他地方，请访问世伟洛克博客，了解有关如何预防腐蚀的更多见解以及使您的资产始终保持理想运行状态的其他方法。
1NACE。
2AMPP。
什么是点蚀？
虽然通过彻底的目视检查可以发现蚀坑的入口，但在表面之下可能潜伏着深层的流失材料网络。如果任其发展，这种蚀坑可能会发展到足以完全穿透管壁，造成代价高昂的泄漏、环境和安全危害，并需要进行昂贵的计划外维护。点蚀还可能导致承受拉伸负载的部件出现裂纹，并使裂纹不断扩大。在 Cl- 浓度较高的环境（包括由沉积的盐水水滴蒸发而产生的环境）中，更易于引起点蚀。与凉爽干燥的气候相比，温暖潮湿的热带气候会增加腐蚀速率。
在检查不锈钢管道是否存在点蚀时，请注意红棕色氧化铁沉积物以及可能在金属表面形成的蚀坑。特别注意带有 Cl- 的水（如海水）可能聚集和蒸发的朝上表面，或悬挂液滴蒸发的朝下区域。随着水的蒸发，剩余水中的 Cl- 浓度会增加，腐蚀性也会增强。
什么是缝隙腐蚀？
在典型的流体系统中，卡套管与卡套管支架或管夹之间、相邻卡套管之间以及可能积聚在表面上的污垢和下方沉积物都存在缝隙。缝隙在卡套管装置中几乎是无法避免的，并且紧密型裂缝是不锈钢完整性的巨大威胁之一。在沿海或海上应用中，当海水扩散到缝隙中时，会发生缝隙腐蚀，从而形成腐蚀性离子不易从缝隙中扩散出来的化学侵蚀性环境。因此，随着电化学反应的进行，缝隙中的局部环境变得更具腐蚀性。在这种情况下，缝隙内的整个表面可能快速腐蚀。
通常仅当从安装的卡套管上拆下管夹时，才能目测观察到缝隙腐蚀。需要注意的是，缝隙腐蚀可能在比点蚀更低的温度下发生，因为随着缝隙腐蚀的进行，会形成更具腐蚀性的环境（例如管夹）。
如何阻止点腐蚀，以及如何阻止缝隙腐蚀？
在许多情况下，通过向员工讲授 基础材料知识，并采用防腐蚀的优秀实践做法，可以尽可能地减少腐蚀。
首先，考虑从卡套管本身到卡套管支撑夹和卡套管夹的卡套管应用材料选择。较高的 PREN 值可提供更强的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。根据 ASTM G48 标准，临界点蚀温度 (CPT) 和临界缝隙温度 (CCT) 的实验室测试是比较腐蚀环境中所用材料的有效方法。CPT 测试评估的是材料在特定腐蚀溶液中开始出现点蚀时的温度。同样，当在腐蚀性溶液中的金属样品上布置一个预定的缝隙时，CCT 测试会评估开始出现缝隙腐蚀时的温度。随着 PREN 值的增加，CPT 和 CCT 值也会增加。
CPT 和 CCT 在 10% 氯化铁中通过 ASTM G48 测量
抗点蚀当量值 (PREN)、临界点蚀 (CPT) 和临界缝隙 (CCT) 温度
CPT 和 CCT 值高的材料通常比数值低的材料更适合用于类似的腐蚀环境。例如，在上图所示的材料中，304L 的 CPT 值最低，而 6Mo 和 2507 是不锈钢 CPT 和 CCT 温度值最高的两种材料。 这表明，在含氯溶液中，6Mo 和 2507 比 304L 和 316L 更能抵抗点蚀和缝隙腐蚀。重要的是要记住，这些测试有助于比较和选择材料，但不能预测材料在实际应用中何时会失效。625、C22 和 C276 等镍基合金具有最强的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。
316L 级不锈钢卡套管 (UNS S31603) 在很多装置上都可正常工作，只要保持清洁，且温度不过高即可。在温度较高的气候条件下，尤其是在盐沉积物易于形成的位置以及碳钢结构梁和地板的锈蚀积聚在不锈钢表面的设施中，更容易发现 316L 不锈钢管的腐蚀。不过，由于添加了钼产生的有益效果，316L 在这些腐蚀环境中的性能通常优于 304L (UNS S30403) 不锈钢。
在 316L 无法满足应用寿命要求的情况下，超级奥氏体（如 6Mo 或 6HN，UNS N08367）不锈钢或超级双相（如 2507，UNS S32750）不锈钢制成的卡套管可显著提高耐腐蚀性。此外，超级奥氏体不锈钢和超级双相不锈钢具有更高的屈服强度和拉伸强度，也使得更易于构建必须达到更高的最大允许工作压力 (MAWP) 的系统。与您的卡套管和卡套管接头供应商合作，在选择正确的产品和材料方面获得指导，可以帮助您避免代价高昂的错误。
除了材料选择之外，谨慎的系统设置对于防止腐蚀和尽可能地减少缝隙腐蚀发生的位置数量也是非常必要的。减缓卡套管系统缝隙腐蚀的方法之一是避免将卡套管直接铺设在墙壁上或彼此接触。当发现 316L 不锈钢卡套管出现缝隙腐蚀时，可以用 6Mo 等耐腐蚀性更强的卡套管替换 316L 卡套管，在建议的混合材料工程组合中，6Mo 卡套管可以与成本效益高的 316L 卡套管一起安装。
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1NACE。
2AMPP。
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