不锈钢腐蚀：类型、检测、预防

不锈钢是耐用性的代名词。不锈钢耐高温、耐腐蚀、耐高负荷，是厨房用具、大型工业热交换器甚至最 新型宇宙飞船等所有产品的首 选材料。

然而，不锈钢并不能完全避免环境损害或过度压力下的开裂。从本文中了解不锈钢腐蚀的原因以及如何最 好地防止腐蚀。

不锈钢耐腐蚀吗？

由于铬含量高，不锈钢具有很强的耐腐蚀性。空气中的氧气与铬发生反应，形成一层看不见的保护性氧化膜。这层氧化膜虽然透明且厚度只有两纳米，但它可以保护不锈钢免受外部冲击，使不锈钢在腐蚀环境中电化学钝化。

不锈钢的耐腐蚀水平取决于三个因素：

l铬浓度：不锈钢的铬含量在10.5%至30%之间。铬含量越高，耐腐蚀性越好。

l其他合金元素的存在：镍、钼、氮和铜可防止氯化物或高温条件下的应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀和点蚀。

l操作和环境因素：在氧含量降低、负荷增加以及 pH 值、温度和氯化物含量升高的情况下，耐腐蚀性会降低。

根据这些因素，根据DIN EN 1993-1-4:2015-10/欧洲规范 3，不锈钢分为五种耐腐蚀等级：

lI：低铁素体不锈钢、铬和铁合金

lII：中等 -奥氏体不锈钢，富含铬、镍和铁

lIII：中-含钼奥氏体不锈钢

lIV：强——含钼的超级奥氏体不锈钢；含铬、镍、钼、铜和铁的双相不锈钢

lV：非常坚固——超级奥氏体和双相不锈钢是最耐腐蚀的不锈钢

换句话说，不锈钢并不能完全避免腐蚀，腐蚀会在接触氯化物（主要是盐）和二氧化硫时产生。在某些情况下，不锈钢也会因较大的应力和负荷而腐蚀。因此，选择不锈钢产品的第 一步是根据您的操作条件确定合适的合金。

不锈钢腐蚀的类型

高氯化物环境，加上高温和残余应力，为不锈钢腐蚀的发展创造了完美的风暴。通常，不锈钢中最常见的腐蚀类型是点蚀、应力腐蚀开裂和电偶腐蚀。

1.点蚀

点蚀表现为小而深的地下孔洞（凹坑），损害其结构完整性。高温和富含氯化物的环境会导致不锈钢发生点蚀。合金对点蚀的抵抗力取决于材料中的铬、钼和氮含量。因此，铁素体不锈钢最容易受到影响。

由于腐蚀产物通常覆盖在腐蚀坑上，因此检测起来很困难。不锈钢中的腐蚀进展也相对较快。此外，在高应力负荷下，点蚀会使不锈钢容易开裂。

2.应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂(SCC) 表现为在材料未发生任何变形的情况下发生的表面裂纹。SCC 是由暴露于氯化物环境、极端温度、施加负载和残余应力共同导致的。其主要危险在于它非常突然，因此很难在早期阶段检测到。

SCC 会导致泄漏、破裂，在最坏的情况下还会导致严重的资产故障。因此，对于高应力和高负荷资产，最 好选择抗 SCC 钢种，如双相不锈钢和铁素体不锈钢，或使用额外涂层保护不抗 SCC 钢种（例如奥氏体钢）。

3. 铝和不锈钢之间的电化学腐蚀

当两种具有不同电极电位的相邻金属与电解质溶液（例如积聚的水分）相互作用时，就会发生电偶腐蚀。带正电的金属（阳极）会转移电子并发生氧化，从而导致腐蚀。高湿度环境中会加速电偶腐蚀。例如，在海上石油钻井平台上，暴露在咸水和频繁的雨中。

当不锈钢和铝一起使用时，后者会承受全部腐蚀。在这种组合中，铝充当阳极并迅速劣化，尤其是在存在湿气、雨水或含盐液体的情况下。因此，一般规则是使用不锈钢紧固件来固定铝制部件（反之亦然）。

如何检测不锈钢的腐蚀

不锈钢资产可能遭受外部和内部腐蚀。绘制和测量其图案需要不同的无损检测方法和设备。

肉眼很容易看到从轻微到严重的外部腐蚀。对于更细微的损坏或内部腐蚀，您将需要穿透性无损检测方法，例如超声波检测和涡流检测等。

目视检查

目视检查涉及表面检查，以查明容易看到的变色、变形和其他变化，表明存在腐蚀。它是定期资产检查的重要组成部分，可以增强其他无损检测方法（用于初步检查、现场准备或结果验证）。

目视检查有助于检测从接头、焊缝和裸露边缘开始的不锈钢腐蚀。要评估难以触及、高架或密闭的物体，您可以使用配备高清摄像头的专用检查无人机。这样，您可以更快地进入受限区域，获得更详细的镜头，并保持视觉参考以进行持续的状态监测。

超声波检测

超声波检测 (UT)利用穿透测试对象的高频声波来识别厚度损失和表面下缺陷。UT 是一个相对简单的过程，只需要合适的换能器和耦合剂。然而，检查高温或高架资产则需要无人机。

在 Voliro，我们开发了一种带有超声波传感器有效载荷的专业检查无人机（还有其他几种有效载荷！）。该无人机具有 360 度的移动自由度，可从各个角度轻松进行 A 扫描。它测量的厚度高达 2-150 毫米/0.08-5.9 英寸，分辨率为 0.06 毫米/0.002 英寸。Voliro 的高温 UT 有效载荷可以检测加热到 0-260 °C/32-500 °F 的运营资产的厚度。借助我们的技术，您可以比使用传统方法在早期检测不锈钢腐蚀的速度快两到四倍地进行精 确的厚度测量。

搭载 UT 有效载荷的 Voliro T 无人机

其他 UT 工具还允许进行 B 扫描和 C 扫描。B 扫描提供资产的 2D 横截面视图，有助于确定材料的精 确深度。C 扫描有助于创建内部结构的 3D 地图，显示腐蚀位置和强度的彩色编码图像。

涡流检测

涡流检测利用电磁感应来检测导电材料的表面和表面下缺陷。通过向不锈钢中发送交流电并产生磁场来检测腐蚀和裂纹。

最常见的 ECT 工具是表面探头。它们有不同的直径和频率范围，但都需要直接接触资产才能进行精 确测量。Voliro 正在用无人机安装的脉冲涡流探头改变这一现状，该探头旨在检测绝缘层下腐蚀 (CUI)。该探头可以穿透厚度达 100 毫米的涂层和绝缘层，揭示绝缘不锈钢管中隐藏的 CUI。由于嵌入式噪声屏蔽和消除机制以及专门的数据处理算法，结果的精度有所提高。

用于无人机无损检测的脉冲涡流探头

不锈钢的其他腐蚀检测方法

目视检查、超声波扫描和涡流检测是定位不锈钢腐蚀最常用的方法。不过，还有其他方法可能有用：

l染料渗透检测是将染色液体分散到测试区域。当液体渗透到裂缝和孔洞中时，表面缺陷和腐蚀情况就会显现出来。

l射线检测将测试物体放置在辐射发射器和胶片之间，发送 X 射线或伽马射线来检查资产内部结构是否有腐蚀迹象。

l磁粉探伤依靠的是将彩色磁粉散布在磁化的检测物体上。当磁粉被缺陷区域吸引时，即使是微小的裂纹的位置也能被磁粉看到。

l氯化物测试通过在受控的腐蚀环境中施加盐雾来测试保护涂层的抗氯化物性。

不锈钢腐蚀的预防技术

由于频繁使用和接触腐蚀性物质，一些不锈钢资产可能会突然腐蚀。最 佳操作条件、保护涂层和表面处理有助于避免或推迟腐蚀的发生。

选择适合环境的不锈钢牌号

选择最 佳的不锈钢等级是防腐的第 一步。工业资产中最常见的不锈钢类型是奥氏体等级 316 和 316L。它们用于储罐、火炬烟囱和各种压力容器。而石油和天然气行业则依赖 2205、2507 和 2507 等双相不锈钢来制造海上结构和管道。

定期涂抹保护涂层和进行表面处理

环氧树脂、聚氨酯、树脂和粉末涂料可保护不锈钢免受潮湿、化学物质和机械磨损的影响。它们以喷雾形式提供，需要 1-2 小时才能生效。然而，不锈钢在涂装前需要准备和清洁。密封不良的涂层会导致局部损坏，增加腐蚀风险。因此，在涂装后立即测量干膜厚度非常重要（您可以使用 Voliro 的 DFT 探头来完成此操作）。

如果油漆和涂层不够，您可以选择不锈钢处理，例如钝化和电解抛光。钝化使用硝酸从表面洗去游离铁，更新其保护性氧化膜。这个化学过程通常需要大约一个小时。此外，NASA最近发现柠檬酸（存在于橙子和柠檬中）可以代替硝酸进行钝化。它不会损害有益的重金属，对检查员来说更安全，而且成本更低。

电解抛光利用电流将薄薄的一层不锈钢溶解在电解质物质中，从而消除微裂纹、铁残留物和其他微小瑕疵。它能产生光滑、明亮的表面，并保持表面防腐蚀。这个过程只需 20 分钟。

尽量减少与有害金属的接触

两种不同的金属在潮湿环境中结合会引发电化学腐蚀。防止铝和不锈钢之间发生电化学腐蚀的一种方法是尽量减少金属之间的接触并保持该区域干燥。为了减少它们的接触，您可以使用橡胶垫圈、绝缘环或阳极涂层。

此外，您还可以为使用不锈钢螺栓和接头的组件选择类似的金属。但要有所区别：不同等级的不锈钢具有不同的电极电位。因此，务必始终选择正确的相邻材料。

结论

最软的水最终会腐蚀最硬的石头。如果加盐，甚至会毁掉不锈钢。为了最 大限度地降低不锈钢腐蚀扩散的可能性，请选择合适的不锈钢等级并经常进行无损检测，以检测资产故障的早期迹象。