隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，社會對環(huán)境保護的要求不斷提高。電除塵器作為一種治理大氣粉塵污染的設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

電除塵器所處的工作環(huán)境通常較為惡劣，服役一段時間后除塵效果明顯下降。某廠電除塵器中使用的極線是鋸齒線（結(jié)構(gòu)如圖1所示），服役2年后電除塵器極線發(fā)生嚴重的氧化腐蝕，腐蝕產(chǎn)物大量剝落，極線變薄失效。據(jù)了解，該極線所處的工作環(huán)境為煤氣、CO2、O2、氧化鐵粉塵等，溫度為150℃以上。

圖1 電除塵器極線結(jié)構(gòu)示意圖

試驗方法

1

宏觀檢查

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，電除塵器極線發(fā)生嚴重的氧化腐蝕，呈深褐色和紅棕色，腐蝕產(chǎn)物剝落（見圖2），極線的寬度、齒高和厚度發(fā)生明顯變化。

圖2 電除塵器極線宏觀形貌

2

材質(zhì)分析

電除塵器極線的化學(xué)成分分析結(jié)果表明，該極線的成分符合德國DIN標(biāo)準(zhǔn)對耐熱鋼X10CrAl7的要求（見表1）。

表1  極線的化學(xué)成分分析結(jié)果和X10CrAl7的成分標(biāo)準(zhǔn)

3腐蝕產(chǎn)物分析

將電除塵器極線截面拋光處理后在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，極線表面存在氧化腐蝕層，厚度約為0.030mm。另外還有一條向內(nèi)部擴展的裂紋，深度約為0.060mm。

對級線上的腐蝕產(chǎn)物進行能譜分析，分析位置和結(jié)果如圖3和表2所示。能譜分析結(jié)果表明，氧化腐蝕層中存在氧、氯等氧化腐蝕性元素。

元素的面掃描分析結(jié)果如圖4所示，由結(jié)果可見：裂紋中富集氧元素；緊靠基體表面主要含鉻、鐵的氧化物，相對較均勻；外面一層富集氯、鉀元素；好表面存在分布不連續(xù)的含鉻、鐵氧化物（見圖4）。

表2  電除塵器極線表面氧化腐蝕處的能譜成分分析結(jié)果

圖3能譜分析位置示意圖

(a)分析部位3；(b)分析部位4；(c)分析部位5

圖4  電除塵器極線截面的元素面分布 

(a)電子像；(b)氧元素面分布；(c)鉻元素面分布；

(d)鐵元素面分布；(e)氯元素面分布；(f)鉀元素面分布

4金相檢驗

金相檢驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電除塵器極線中的非金屬夾雜物含量為：A0，B0，C0，D2；顯微組織為奧氏體，奧氏體晶粒粗大（大于1級）；極線表面存在沿奧氏體晶界向內(nèi)擴展的裂紋。

圖5 極線截面拋光態(tài)形貌

圖6  極線截面腐蝕態(tài)形貌

分析與討論

一般來說，奧氏體晶粒在較高溫度下會長大，由于晶粒長大，晶界也變得相對較粗大。從實驗結(jié)果來看，電除塵器極線服役現(xiàn)場的溫度可能相當(dāng)高。

失效的電除塵器極線所使用的材料為X10CrAl7耐熱不銹鋼，含鉻不銹鋼的氧化是首先在金屬表面生成較致密的Fe(Fe2-x)CrxO4，然后在外層形成Fe3O4和Fe2O3。隨著氧化腐蝕層厚度的增加，腐蝕介質(zhì)擴散（傳送）到金屬表面和腐蝕產(chǎn)物朝相反方向的擴散比較困難，引起腐蝕作用的阻滯。

但是，由于電除塵器極線的氧化腐蝕產(chǎn)物中存在Cl元素，而Cl-會破壞腐蝕產(chǎn)物膜在試樣表面的覆蓋，加速活性區(qū)金屬溶解，同時釋放出氣態(tài)的氯。釋放出的氣態(tài)氯能擴散到氧勢較低的氧化膜-基體界面處，與基體反應(yīng)生成易揮發(fā)的金屬氯化物。

在通過氧化膜內(nèi)的缺陷向外擴散的過程中，該氯化物隨氧勢的升高又重新向氧化物轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變會在氧化膜內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，破壞氧化膜的致密性及與基體的黏附性，進一步的加速腐蝕。氯化物向氧化物轉(zhuǎn)變時釋放出的部分Cl2將重新返回到基體表面繼續(xù)參與反應(yīng)，直到氯鹽被消耗盡。

在此過程中，Cl2起到一種自催化作用，因而電除塵器極線外層的氧化產(chǎn)物遭到嚴重破壞，造成氧化皮剝落，而內(nèi)層較致密的氧化膜尚未受到破壞，這時腐蝕阻滯作用降低，氧化腐蝕速度加快，結(jié)果導(dǎo)致電除塵器極線不斷變薄。

結(jié)  論

1.氯離子對氧化腐蝕產(chǎn)物造成破壞，降低腐蝕的阻滯作用，加快氧化腐蝕速度，結(jié)果導(dǎo)致電除塵器極線表面發(fā)生嚴重的氧化腐蝕，極線不斷變薄。

2.極線材料中的奧氏體晶粒長大，晶界也相對較粗，在氧化腐蝕氣氛中容易發(fā)生開裂。

措施與建議

1.查明電除塵器現(xiàn)場環(huán)境中氯離子的來源，采取合適的措施排除或控制氯離子的破壞作用，延長極線的使用壽命。

2.鉻鋼中的含鉻量在4～6%（質(zhì)量分數(shù)，下同）時，其在空氣中的耐熱溫度高為650℃，而要耐1050～1100℃的高溫，鉻含量則需要達到27%，因此需要了解實際工況溫度，選擇合適的極線材料。

3.Fe—Cr合金經(jīng)預(yù)氧化處理，其表面會生成一層致密的Cr2O3氧化膜，能明顯改善抗高溫氧化性能，因此可考慮對電除塵器極線采用預(yù)氧化處理，延緩其氧化腐蝕進程。