隨著工業生產的迅速發展，社會對環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備，已廣泛應用于工業生產。

    電除塵器所處的工作環境通常較為惡劣，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，材料為X10CrA17耐熱鋼（德國牌號）結構如圖1所示。服役2年后，將電除塵器拆解發現，極線發生嚴重的氧化腐蝕，腐蝕產物大量剝落，極線變薄失效。據了解，該極線所處的工作環境為煤氣、CO2、O2、氧化鐵粉塵等，溫度為150℃以上。

圖1 電除塵器極線結構示意圖

理化檢驗

    1宏觀檢驗

    宏觀檢驗發現，電除塵器極線發生嚴重的氧化腐蝕（圖2），呈深褐色和紅棕色，腐蝕產物剝落，極線的寬度、齒高和厚度發生明顯變化。

    實際測得電除塵器極線寬度為1.2mm～1.3mm，齒高為0.6mm～0.8mm，最厚處的厚度約為2.8mm，最薄處的厚度約為0.65mm。

圖2 電除塵器極線的宏觀形貌

    2化學成分分析

    電除塵器極線的化學成分分析結果如表1所示，可見該極線的化學成分符合德國DIN標準對X10CrAl7耐熱鋼成分的要求。

表1 極線的化學成分分析結果（質量分數）

    3腐蝕產物分析

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

    對極線上的腐蝕產物進行能譜成分分析，分析位置和結果見圖3和表2。

    元素的面掃描分析結果如圖4所示，由結果可見：裂紋中富集O元素；緊靠基體表面主要含Cr、Fe的氧化物，相對較均勻；外面一層富集Cl、K元素；最表面存在分布不連續的含Cr、Fe氧化物。

表2 極線表面腐蝕產物的能譜分析結果（質量分數）

圖3 能譜分析位置示意圖圖

4 極線截面的元素面分布

    4金相檢驗

    從失效電除塵器極線上截取截面試樣進行金相檢驗，結果如圖5-6所示。

圖5 極線截面拋光態形貌圖

6 極線截面腐蝕態形貌

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。從試驗結果來看，電除塵器極線服役現場的溫度可能相當高。粗大的奧氏體晶粒在氧化腐蝕環境中容易發生開裂，因而極線表面局部區域出現沿奧氏體晶界向內擴展的裂紋。

    失效的電除塵器極線所使用的材料為X10CrAl7耐熱不銹鋼，含Cr不銹鋼的氧化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，腐蝕介質擴散（傳送）到金屬表面和腐蝕產物朝相反方向的擴散比較困難，而引起腐蝕作用的阻滯。

    由于電除塵器極線的氧化腐蝕產物中存在Cl元素，而Cl-會破壞腐蝕產物膜在試樣表面的覆蓋，加速活性區金屬溶解。Cl-對不銹鋼耐蝕性的影響主要是引起鈍化膜的局部破壞，材料表面的氧化膜往往因為能夠與固態鹽發生反應而被破壞，同時釋放出氣態的氯。

    釋放出的氣態氯能擴散到氧勢較低的氧化膜-基體界面處，與基體發生反應生成易揮發的金屬氯化物。在通過氧化膜內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變，這種轉變會在氧化膜內產生應力，破壞氧化膜的致密性及其與基體的黏附性，從而導致腐蝕進一步加速。氯化物向氧化物轉變時釋放出的部分Cl2將重新返回到基體表面繼續參與反應，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物遭到嚴重破壞，造成氧化皮剝落，而內層較致密的氧化膜尚未受到破壞，這時氧化腐蝕層的腐蝕阻滯作用降低，氧化腐蝕速率加大，結果導致電除塵器極線不斷變薄并失效。

結論

    氯元素對電除塵極線的氧化腐蝕產物造成破壞，降低腐蝕的阻滯作用，加快氧化腐蝕速率，結果導致電除塵器極線表面發生嚴重的氧化腐蝕，極線不斷變薄。

    現場工作環境溫度較高，電除塵器極線材料中的奧氏體晶粒發生長大，晶界也相對較粗，在氧化腐蝕環境中發生開裂并失效。

措施與建議

    查明電除塵器現場工作環境中氯元素的來源，采取合適的措施排除或控制氯元素的破壞作用，延長極線的使用壽命。

    鉻鋼中的含鉻量在4～6%（質量分數，下同）時，其在空氣中的耐熱溫度最高為650℃；而要耐1050～1100℃的高溫，則鉻含量要達到27%，因此需要了解實際工況，選擇合適的極線材料。

    Fe—Cr合金經預氧化處理，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氧化處理，延緩氧化腐蝕進程。

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責任編輯：殷鵬飛

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