扁管式散热器的腐蚀失效分析

　　滓画扁管式散热器的腐蚀失效分析吴晓峰\徐娜\时军波\马坤2，马洪涛3，于晓梅4，臧启山5（1.山东省分析测试中心，济南250014；2沧州师范专科学校，沧州061001；3.山东省产品质量监督检验研究院，济南250014；4.山东省莱阳万第中心初级中学，莱阳265200；5.中国科学院金属所，沈阳110016）析和腐蚀产物分析确定了钢制散热器局部漏水是氧腐蚀的结果，水中C1―的存在加速了氧的局部腐蚀，造成点蚀穿孔。建议采取减少散热器水里的氧含量，增加钢制散热器的壁厚及加强水质管理等措施。

　　某房地产开发商使用的扁管式钢制散热器在使用了1a（年）后多处发现局部漏水现象。为避免漏水事故的再发生。减少经济损失，笔者对漏水散热管进行了宏观检查、化学成分分析、金相检验、腐蚀产物成分分析等检验，以明散热管漏水的原因。

　　1理化检验1.1宏观检查现场调研发现，散热管外表面腐蚀较轻，而散热基金项目：山东省科学院博士基金资助项目（2007. 8）：吴晓峰（1976―），男，工学博士。

　　管内部腐蚀严重，局部已发生穿孔，如箭头所示。管内壁生成了许多直径为130mm的鼓包，表面腐蚀产物颜色由黄褐色到砖红色不等。将腐蚀产物清除后，露出大小不等的蚀坑。因此，失效散热管的腐蚀特征呈大面积溃疡腐蚀。

　　1.2金相检验在散热管腐蚀穿孔部位取样，制成金相试样后在光学显微镜下分别依据GB/T13299―1991，GB/T6394―2002和GB/T10561―2005进行显微组织、晶粒度和夹杂物评定，所用侵蚀剂为3的硝酸-e理圯蟒睡-物理分HR吴晓峰等：扁管式散热器的腐蚀失效分析1.3化学成分分析据用户反映该散热器钢制扁管的材质为Q195或Q215钢。在失效散热管上取样用X射线荧光分析仪和红外碳硫分析仪进行化学成分分析，结果见表1.可见该散热器钢材的化学成分与GB/T 7002006中规定的Q195钢的成分接近。

　　表1化学成分分析结果（质量分数）酒精溶液。

　　由可见，散热管纵截面抛光态形貌中含有条状硫化物夹杂（约为1.5级）和弥散的小圆球形氧化物夹杂。制作钢制散热器所用金属板材质量如何，会直接影响散热器的耐腐蚀性。当金属中含有较多夹杂物时，就会加速金属的离子化过程，促进金属的溶解。由可见，散热管的显微组织基本为铁素体+片状珠光体+网状渗碳体，图中渗碳体依13299―1991可评定5级（A5），网状渗碳体组织可以引起材料严重脆性。

　　项目实测值1.4腐蚀产物成分分析取散热管内部的腐蚀产物，用X射线荧光光谱分析仪（XFS）做EZ扫描，对腐蚀产物进行了分析。结果表明：腐蚀产物中铁的氧化物占65（质量分数，下同）以上，同时还含有超过。2的含有钙、钠、镁、错、硅、氯、磷、硫、锰等的氧化物、氯化物、硫化物及碳化物。

　　管内取出的腐蚀层进行X射线衍射分析。由可见，腐蚀层的主要成分有CaC03，Fe203，Fe304.其中，CaC03是水垢的主要成分，而FO.，和Fe304则是散热管发生氧腐蚀后的主要腐蚀产物。另外，在腐蚀产物的深处，紧靠金属表面还存在一层黑色的腐蚀产物，应为FeO. 2综合分析散热器内壁腐蚀的主要原因是氧腐蚀，氧腐蚀吴晓峰等：扁管式散热器的腐蚀失效分析是锅炉系统常见的和较严重的腐蚀。给水中的溶解氧经加热从水中逸出而被水蒸气带走，造成散热器内壁发生氧腐蚀。水中的溶解氧含量和cr含量是影响氧腐蚀的两个主要因素。给水中的溶解氧含量越高，氧腐蚀越严重；散热器水中的cr含量越高，水的电导率就越大，就越能促进氧腐蚀。

　　氧腐蚀属于电化学腐蚀，其主要特征是溃疡腐蚀，腐蚀产物疏松，对管壁无保护性。水中的溶解氧是电化学腐蚀过程的阴极去极化剂，因此，氧腐蚀又称为氧去极化腐蚀。氧腐蚀的反应过程为：腐蚀电池反应：Fe当钢铁表面上的氧化膜不连续或表面存在杂质时，在溶有氧气的水中就会不断地发生氧化腐蚀，且易形成溃疡腐蚀；而当水中含有一定量的cr时，在腐蚀层底部则更易产生孔腐蚀。

　　事实上，在氧腐蚀过程中，阴极还原产物因局部0H-浓度增大而引起水中Ca'Mg2―等硬离子结垢。生成的水垢可能对总体腐蚀有抑止作用，但却加速了局部的腐蚀，因为水垢的沉积使腐蚀在沉积物周围变得不均匀，同时腐蚀产物也会使溶解氧向腐蚀部位的扩散减慢，沉积物下部的腐蚀因溶氧缺乏而减缓。但当腐蚀部位溶解氧浓度低于周围氧浓度时，就容易形成浓差电池，使腐蚀向深处发展。腐蚀所产生的Fe2+通过疏松的二次产物层向外扩散，遇到水中的OFT和氧气，又形成新的二次产物，越积越厚而形成鼓包。鼓包下面的金属继续腐蚀，外观就表现为大面积溃疡。特别是有cr存在时，由于cr的穿透力强，容易透过氧化腐蚀层的小孔隙进人底部。cr具有很强的可被金属吸附的能力，优先被金属吸附，并与钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，在露出的基底金属上生成小蚀坑。

　　蚀坑内的金属表面电位较负，坑外的金属表面电位较正，于是孔内和孔外构成一个微电偶腐蚀电池，进一步加速了电化学腐蚀的进程，直至散热管发生穿孔。

　　另外散热器内壁的干湿交替的工作环境，也加速了散热管腐蚀的速度。事实上，散热器停用期间的腐蚀往往比在运行中的腐蚀还要严重得多，因为停用时铁被腐蚀生成高价氧化铁（Fe203和Fe（H）3）。内蒙古石油化工，2008（2）胡传顺，张淑娟，季明，等。不锈钢散热器管的渗漏原因分析。金属热处理，2004，29（12）：8卜83.孔令军，牛耀玉。宝浪油田供热系统腐蚀和结垢的原因及其控制。腐蚀与防护，2004，25（2）：17-37.