不锈钢焊接接头的微生物腐蚀

不锈钢焊接接头的微生物腐蚀 1999年8月 . 材料研究? 动力工程 POWERENGINEERING Vot.19No.4 Aug.1999?329 文章编号:1006—6761(1999)04—0329—04 不锈钢焊接接头的微生物腐蚀 吴祖乾,吾之英 (上海发电曩计葡Eo0240) 摘要:通过实例阐述了不错钢焊接接头擞生物扁蚀的概况和彤貌特征,探讨了造成微生物 件以度防止擞生物扁蚀的若干措施圈14参4 主置词:不锈钢;管道;焊接接头;微生物;腐蚀 中圈分类?面—一 0一前言 不锈钢焊接接头微生物腐蚀的英文名称为 Mi~robiologicMlyInfluencedCorroslon.简称 MIC;是一种近几年才提出的腐蚀形式.过去较多 观察到的是宏观生物的腐蚀现象,如船舶,石油平 台等由宏观生物吸附引起的腐蚀,其宏观附着物 用肉眼可以看到;而微观有机物(如细菌)则需用 显徽镜才能观察到,它们或可生成化合物,或可产 生腐蚀桶,对金属产生有害影响. MIC较多发生在棱电站中用于核废料处理 的不锈锕装置中,其玲却水管道在停用期间逐步 发生腐蚀,这些冷却水太部分为海水.腐蚀主要发 生在焊麓和焊接热影响区,先形成小孔,然后发生 泄瀑.除核电站外,其它工厂废水处理装置的不锈 钢管道也观察到MIC现象,腐蚀主要发生在废水 流速慢,尤其是水容易滞留的部位.在常温下,数 周时间内就可发生贯穿性腐蚀.据了解,MIC不 仅在不锈钢中发生,而且在铜合金和镍基台金中 也时有发生. 有关不锈钢微生物腐蚀在国外已有不少报 道,.],但我国对微生物腐蚀的研究还刚起步. l焊接接头缺陷的金相和电镜观察 1.1缺陷的产生 我国某电厂600MW机组锅炉炉底矩形水封 焦量塑?!重垫,由壁厚6ram的316L不锈 收一日期自1999—03一Ol 作者?介t曼担乾(1935~),男,1959年毕业于莫斯科包曼 高等工生太学,理任上膏盘电设备成套设计研究所教授袅鹣工 程师,曾盘裹饱文当蕾. 钢板焊制而成.水封槽在工厂焊接时采用加316L 不锈钢专用焊丝的气体保护焊,工地安装焊接时 采用A022焊条手工电弧焊.焊后检查未发现缺 陷.运行时,槽中充满海水,水温5,5O?,基本不 流动,焊缝则长时在海水中浸泡. 水封槽投人运行3个月后,经检查发现在制 作和安装焊缝上均存在大量的点腐蚀孔,深度为 4,5mm,有的已经穿透. 此外在母材上亦发现有若干凹坑,深度不等, 面比较粗糙. 1.2缺陷的形貌特征 在水封槽有缺陷的焊接接头处截取试样,从 纵截面剖开,可看到图1所示的宏观腐蚀形貌:在 围1焊麓上的缺陷 么期鼽 /雌 第 1 ?33O?动力工程第19卷 试样的表面点状腐蚀孔下面可发现一很大的腐蚀 坑,焊缝内部几乎已完全被腐蚀掉.腐蚀主要发生 在焊缝处,几乎没有涉及到周围的不锈钢母材.缺 陷的表面显得较为粗糙. 1.3扫描电子显徽镜检查 (1)对焊接接头腐蚀表面的观察 将焊缝上的缺陷置于扫描电子显微镜内进行 观察,可以发现焊缝缺陷的表面形貌为多孔的形 貌(图2,图7). 圈2缺陷内部的形貌600x0.55 圈3圈2的局部艘大1200XO.55 I 圉4圈3的局部放大3O0.×0,55 (2)对母材凹坑表面的观察 将母材上的缺陷置于扫描电子显微镜内进行 检查,可以发现母材缺陷的表面形貌为条状多孔 圈5映陷内部的形貌600×0.55 圈6圉5的局部放大1200X0.55 圈7圈6的局部放大3000X0.55 的形貌,见图8,图12.在检查中还发现,在母材 缺陷的局部地区有一些微小的附着物,其体长通 常在1,2m左右,见图13,图14. 圈8母村上的缺陷形貌】5xo55 第4期动力工程?33l? 围9围8放大SO×0. I 蹦i0缺陷的形貌SO0×0.5S 囤11圈10放大1ZOO×05S 围12厨u局部放大3000×0.SS 2缺陷性质的分析 从金相和扫描电镜所示的形貌特征来看,上 围l3附着街形貌10000×O55 围14附着街形辊10000×0.55 述缺陷即为不锈钢焊接接头(包括母材本身)在海 水中的微生物腐蚀,其在表面留下的腐蚀形貌均 为典型的微生物腐蚀形貌,在缺陷表面观察到的 一 些檄小的附着物实际为蠕虫状微生物一般说 来,微生物腐蚀的形貌特征为壶状孔蚀,中间大, 两头小,从一头开口形成空洞.腐蚀从小孔端开 始,与通常见到的孔蚀完全不同. 如果从小孔端开始做宏观金相试验,运层打 磨,抛光和侵蚀,则可见空穴愈来愈大,如蛀洞一 样,里面充满腐蚀产物.去掉腐蚀产物后,观察腐 蚀表面,可观腐蚀表面粗糙,高低不平,其原因是 腐蚀有选择性,往往是对某一相优先腐蚀,这样就 在腐蚀面上造成许多凹坑. 微生物腐蚀产物为软性物质,类似半流质,具 有暗褐色光泽,有时会从小孔中椽徐流出.但是这 些腐蚀产物究竟是微生物的排泄物,还是排泄物 对钢材表面腐蚀而造成的产物,尚有待研究确定. 微生物腐蚀是材料与环境相互作用的产物, 据资料介绍],细菌在无氧含水环境和有氧含水 环境中不一样在无氧含水环境中主要为硫酸盐 还原菌,其腐蚀剂为硫化物,在有氧含水环境中主 要为硫璜细菌和披毛细菌前者腐蚀剂为硫酸,后 者则在新陈代谢过程中将二价Fe氧化戚三价 ?332?动力工程第19卷 Fe,将二价Mn氧化成三价Mn,这对不锈钢和其 它钝化材料是非常有害的.至于造成316L不锈 锕水封焊接接头腐蚀的是哪一类细菌,尚有待于 通过腐蚀产物作进一步的研究. 由于某些原因,也可能是焊缝表面比较粗糙, 这些微生物喜欢饼|着在靠近焊缝的地方或母材金 属的划痕处.当它们长到一定大小,或积累到一定 数量时,即形成菌群.如果此时将菌群除去,即可 发现在沉积物下有严重腐蚀,有的甚至穿孔.所以 微生物腐蚀绝大多数发生在焊缝及其热影响区 处. 3有关不锈钢微生物腐蚀的机理研 究和防止措施 3.1徽生糖庸蚀的机理 目前欧美,日本正在研究有关微生物腐蚀的 机理.有的从细菌培养基中不锈钢的腐蚀电位着 手,采用电化学和生物学共同研究;有的坤J从物 理,化学,冶金和生物学领域的知识来确定细菌与 腐蚀之间的关系,看来有关机理的研究还需要一 定的时间. 海水在不锈钢焊接接头处的滞留是造成微生 物腐蚀的主要因素.因为海水的滞留带来微生物 的聚集,使细菌得以在某些局部地区对不锈钢造 成危害,焊缝的粗糙表面则是细菌的一个聚集场 所.当然,在海水中有危害不锈钢的细菌存在是形 成不锈钢焊接接头微生物腐蚀的必要前提. 3.2防止不锈钢焊接接头庸蚀的某些措施 由于目前对微生物腐蚀的研究尚处在初始阶 段,因此仅能根据目前所掌握的一些基本情况,提 出一些建议供参考. (1)尽量敏到焊缝金属全焊透,并将焊缝金 属表面打磨至光滑平整; (2)尽量让海水流动,经常用水冲刷沉渣及 腐蚀产物,停机时排水,吹干,防止微生物聚集; (3)定期投放杀菌药物,改变海水环境,抑制 微生物生长; (4)改变容器的形状,减少容易引起海水滞 留的死角. 4结论 (1)金相和电镜观察表明,锅炉水封不锈钢 焊接接头缺陷为微生物腐蚀所造成的缺陷. (2)造成微生物腐蚀的愿因可能与海水在水 封中的滞留以及腐蚀产物的沉积有关. (3)提出了不锈钢水封防止微生物腐蚀的若 干建议 致谢:皋文得到了上海市焊接协会徐峰先生 的大力支持,江南造船厂焊接试验室冯太成先生 也提供了若干文献资料,在此一并感谢. 参考文献: [1]夭答尚,幸英昭(日).自然海木中不惦铜的生物庸蚀机理 如panInstMetals,1994,s8(7) :2:JenklnCF,DomanDL.MicrobiologieallyInfluencedCorro- sionotStainleasSteelinBNuclearWasteFacility.The NACEAnnConfez~ceandCozr~ionShow,1993.PP. 172 ]RossRW.古镍台盒在木系统中的应用.NiDI不舒锕研讨告 费料,上牟,1996.11 [4l_AveryRE.赣生均腐蚀电力工生用不锈钢厦古镰音垒研讨 告NiDI赍料,NB97—005 MicrobiologicalCorrosionofStainlessSteelWeldedJoints wUZu—qian,wZhi一ng (ShanghaiPowerEquipmentResearchInstitute,Shanghai200240,China) Abstract:Microbiologicallyinfluencedcorrosion(MIC)onstainlesssteel,especiallyonstainlesssteel weldedjointswasonlyrecentlyreeognizedasaeorrosionphenomenon.Inthispaper,thronghtheprac— ticalexample,thesurveyandtheappearancecharacteristicofMICOnstainlesssteelwereinterpreted. themechanismofMICand”somemeasuresofMICpreventionwereaIsoinvestigated . Figs14andrefs 4. Themewords:stainlesssteeltube;weldedjoints;microbio1.gy;corrosio”