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失效分析现场直击——电除尘器极线腐蚀失效分析与改进建议
2018-08-13 12:35:50 作者:本网整理 来源:腐蚀与防护

    随着工业生产的迅速发展,社会对环境保护的要求不断提高。电除尘器作为一种治理大气粉尘污染的设备,已广泛应用于工业生产。


    电除尘器所处的工作环境通常较为恶劣,服役一段时间后除尘效果明显下降。某厂电除尘器中使用的极线是锯齿线,材料为X10CrA17耐热钢(德国牌号)结构如图1所示。服役2年后,将电除尘器拆解发现,极线发生严重的氧化腐蚀,腐蚀产物大量剥落,极线变薄失效。据了解,该极线所处的工作环境为煤气、CO2、O2、氧化铁粉尘等,温度为150℃以上。


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图1 电除尘器极线结构示意图

 

理化检验

 

    1宏观检验

 

    宏观检验发现,电除尘器极线发生严重的氧化腐蚀(图2),呈深褐色和红棕色,腐蚀产物剥落,极线的宽度、齿高和厚度发生明显变化。


    实际测得电除尘器极线宽度为1.2mm~1.3mm,齿高为0.6mm~0.8mm,最厚处的厚度约为2.8mm,最薄处的厚度约为0.65mm。


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图2 电除尘器极线的宏观形貌

 

    2化学成分分析

 

    电除尘器极线的化学成分分析结果如表1所示,可见该极线的化学成分符合德国DIN标准对X10CrAl7耐热钢成分的要求。


表1 极线的化学成分分析结果(质量分数)

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    3腐蚀产物分析

 

    将电除尘器极线截面抛光处理后在扫描电镜下观察发现,极线表面存在氧化腐蚀层,厚度约为0.030mm。另外还有一条向内部扩展的裂纹,深度约为0.060mm。


    对极线上的腐蚀产物进行能谱成分分析,分析位置和结果见图3和表2。


    元素的面扫描分析结果如图4所示,由结果可见:裂纹中富集O元素;紧靠基体表面主要含Cr、Fe的氧化物,相对较均匀;外面一层富集Cl、K元素;最表面存在分布不连续的含Cr、Fe氧化物。


表2 极线表面腐蚀产物的能谱分析结果(质量分数)

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图3 能谱分析位置示意图图

 

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4 极线截面的元素面分布

 

    4金相检验

 

    从失效电除尘器极线上截取截面试样进行金相检验,结果如图5-6所示。


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图5 极线截面抛光态形貌图

 

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6 极线截面腐蚀态形貌

 

分析与讨论

 

    一般来说,奥氏体晶粒在较高温度下会长大,由于晶粒长大,晶界也变得相对较粗大。从试验结果来看,电除尘器极线服役现场的温度可能相当高。粗大的奥氏体晶粒在氧化腐蚀环境中容易发生开裂,因而极线表面局部区域出现沿奥氏体晶界向内扩展的裂纹。


    失效的电除尘器极线所使用的材料为X10CrAl7耐热不锈钢,含Cr不锈钢的氧化首先在金属表面生成较致密的Fe(Fe2-x)CrxO4,然后在外层形成Fe3O4和Fe2O3。随着氧化腐蚀层厚度的增加,腐蚀介质扩散(传送)到金属表面和腐蚀产物朝相反方向的扩散比较困难,而引起腐蚀作用的阻滞。


    由于电除尘器极线的氧化腐蚀产物中存在Cl元素,而Cl-会破坏腐蚀产物膜在试样表面的覆盖,加速活性区金属溶解。Cl-对不锈钢耐蚀性的影响主要是引起钝化膜的局部破坏,材料表面的氧化膜往往因为能够与固态盐发生反应而被破坏,同时释放出气态的氯。


    释放出的气态氯能扩散到氧势较低的氧化膜-基体界面处,与基体发生反应生成易挥发的金属氯化物。在通过氧化膜内的缺陷向外扩散的过程中,该氯化物随氧势的升高又重新向氧化物转变,这种转变会在氧化膜内产生应力,破坏氧化膜的致密性及其与基体的黏附性,从而导致腐蚀进一步加速。氯化物向氧化物转变时释放出的部分Cl2将重新返回到基体表面继续参与反应,直到氯盐被消耗尽。在此过程中,Cl2起到一种自催化作用,因而电除尘器极线外层的氧化产物遭到严重破坏,造成氧化皮剥落,而内层较致密的氧化膜尚未受到破坏,这时氧化腐蚀层的腐蚀阻滞作用降低,氧化腐蚀速率加大,结果导致电除尘器极线不断变薄并失效。


结论

 

    氯元素对电除尘极线的氧化腐蚀产物造成破坏,降低腐蚀的阻滞作用,加快氧化腐蚀速率,结果导致电除尘器极线表面发生严重的氧化腐蚀,极线不断变薄。


    现场工作环境温度较高,电除尘器极线材料中的奥氏体晶粒发生长大,晶界也相对较粗,在氧化腐蚀环境中发生开裂并失效。


措施与建议

 

    查明电除尘器现场工作环境中氯元素的来源,采取合适的措施排除或控制氯元素的破坏作用,延长极线的使用寿命。


    铬钢中的含铬量在4~6%(质量分数,下同)时,其在空气中的耐热温度最高为650℃;而要耐1050~1100℃的高温,则铬含量要达到27%,因此需要了解实际工况,选择合适的极线材料。


    Fe—Cr合金经预氧化处理,其表面会生成一层致密的Cr2O3氧化膜,能明显改善抗高温氧化性能,因此可考虑对电除尘器极线采用预氧化处理,延缓氧化腐蚀进程。


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