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汽轮机叶片点蚀现象的分析

发布时间：2009/10/24 阅读次数：1623 字体大小: 【小】【中】【大】

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金属的大部分表面不发生腐蚀而局部地方出现腐蚀小孔并向深处发展的现象，叫做小孔腐蚀或称点蚀。有自钝化特性的金属或合金，如汽轮机叶片所用材料Cr12系不锈钢，在一定介质（如氯离子）作用下，往往产生点蚀。

在沿海地区以海水为凝汽器冷却水的机组，汽轮机低压缸末级部位产生点蚀时有发生，但在所有接触过蒸汽的部位（如高中压动静叶片、转子的轴颈、汽封齿、叶轮体、主汽阀、隔板体、轴瓦体等）都出现腐蚀状点蚀坑的现象则罕见。图1为某高压缸叶片发生点蚀之后出现的点状溃蚀现象。从腐蚀的叶片表面可知，点蚀不仅发生在动叶片的背弧进汽侧，而且也会在叶片内弧、叶根、围带处发生，尤其在组织为回火索氏体的Cr12不锈钢材料上点蚀较严重。研究Cr12不锈钢叶片的点蚀的产生及形成过程，查明点蚀产生的原因以及采取相应的预防措施，对防止叶片点蚀，提高其运行安全性具有重要的意义。

1　点蚀的表面特征

从叶片的外观检查可知，各叶片内、背弧分布有铁锈样褐色盐垢，表面除垢后，叶片四周肉眼可清晰地见到有较多点状凹坑及锈斑，凹坑的直径最大为1 mm左右，且分布不均匀，大小深度相差较大。在体视显微镜下观察末级叶片腐蚀坑的剖面，腐蚀坑的形状如图2所示，具有外小内大，洞中洞的深挖特征。

2　叶片盐垢形态及其成分分析

叶片表面盐垢一般分两层：松软盐垢层；致密盐垢层。从叶片内、外弧型面刮下松软盐垢层经X射线能谱分析，结果如表1所示。

叶片内、外弧侧致密水盐垢层的形状产物有所不同。叶片背弧面致密水盐垢层是黄褐色致密层，呈龟裂状，X射线能谱分析微区成分则以Si为主，并含有K，Ca，Al，Cl等元素，见图3所示。叶片内弧致密水盐垢层则为不均匀的暗黑色物质，电镜下是一些点条状的不定形物，如图4所示；微区成分以Cl为主，并含有Al，Ca，K，Si等元素，X射线能谱见图5。

3　点蚀的微观分析特征及形成机理

3．1　腐蚀萌生点表层金属的状态改变

对宏观尚未成坑的的斑点用扫描电镜进行一系列分析，发现在叶片内弧面黑色斑点与背弧面褐色斑点中，均潜伏着基材的微区开裂，意味着点蚀已在萌生。

进一步电镜观察情况表明，在点蚀萌生处，表层微区金属发生物理和化学状态的突变，其表现是原金属表面完整状态被侵蚀破坏变成龟裂状尖锐裂口，并伴随着盐垢和腐蚀产物的沉积，如图6所示。初始点蚀坑的微观形态如图7。在蚀坑底部存在因浓缩而结晶的氯化物，其微区成分分析结果见图5。

表面金属状态以及腐蚀产物表明，在粗糙、积有盐垢的金属表面存在钝化膜缺陷。这些部位可以十分小，可小至几个原子半径到一微米以下，腐蚀介质及垢容易吸附在这些小点上。这些小点金属表面和点外的金属表面形成局部微电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度大，很快被溶解，形成点蚀源。

3．2　点蚀萌生区形成蚀坑

点蚀萌生区钝化膜溶解后，开始形成蚀坑。由于蚀坑的微区闭塞环境效应，使蚀坑内溶液的氯离子浓度升高，pH值降低，侵蚀速度加快，形成碟形浅坑，基材表面呈现板条马氏体针露头立体形态，如图8所示。

3．3　点蚀向纵深扩展

浅蚀坑形成后，蚀坑底部的新针状表面不断受到腐蚀，使点蚀不断向纵深发展，最后形成点蚀坑。由于蚀坑中氯离子和其它物质的浓度高，当点蚀坑干燥后，在点蚀坑壁附着泥状花样。泥状花样是腐蚀介质和腐蚀产物的混合物，其形状见图9。

理论上点蚀一旦形成，其纵深的扩展主要取决于坑中金属的溶解：Fe→Fe2＋＋2e。而外界离子的迁入在界面处形成金属化合物，微区闭塞效应加强，使蚀孔向孔底深挖式发展下去。

4　分析与讨论

从汽轮机叶片点蚀分析可知，点蚀产生的主要原因是：在含有氯离子的介质中，氯离子有选择地吸附在Cr12不锈钢叶片表面钝化膜不完整的地方，由于潮湿空气进入，形成原电池，并与阳离子结合生成可溶性的氯化物溶在溶液中，形成点蚀坑，产生点腐蚀。

5　预防措施

a）防止海水从凝汽器中泄漏，加强对给水质量的监督，提高蒸汽品质，使氯离子减少到最低限度。

b）加强对汽轮机的停机保护，防止水分和空气进入汽轮机，保持汽轮机通流部分的干燥。

c）保持锅炉的清洁，防止蒸汽中带有微小颗粒对汽轮机叶片表面钝化膜的损伤，减少叶片表面的结垢，保持叶片表面清洁。

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