金屬腐蝕防護(hù)知識(shí)及其應(yīng)用講座

丁毅dingyi1107@163.com金屬材料與冶金工程系南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2012.10.19金屬腐蝕防護(hù)知識(shí)及其應(yīng)用交流講座交流提綱1、金屬腐蝕基本原理2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用3、常用腐蝕防護(hù)方法4、腐蝕監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)5、典型腐蝕破壞案例分析1、金屬腐蝕基本原理材料失效基本方式：1）材料的變形與斷裂；

2）材料的磨損；

3）材料的腐蝕。

據(jù)統(tǒng)計(jì)：金屬年產(chǎn)量的1/3受腐蝕報(bào)廢，除2/3尚可回爐外,約有10％金屬永久腐蝕損失。每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總值2~4%。1、金屬腐蝕基本原理

腐蝕的定義：腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用而產(chǎn)生的損壞或變質(zhì)現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕是最常見的腐蝕……例如：液態(tài)金屬腐蝕……例如：金屬的高溫氧化……1、金屬腐蝕基本原理

腐蝕原電池：銅和鋅相連，并浸在稀硫酸中，就構(gòu)成了腐蝕電池，最終導(dǎo)致鋅發(fā)生腐蝕……陽極反應(yīng)：Zn→Zn2++2e陰極反應(yīng)：2H++2e→H2↑腐蝕電流……1、金屬腐蝕基本原理

腐蝕電池形成原因：金屬材料或腐蝕介質(zhì)表面不均勻性……成分不均勻……組織不均勻……應(yīng)力不均勻……濃度不均勻……溫度不均勻……壓力不均勻……1、金屬腐蝕基本原理腐蝕類型：1）全面腐蝕（均勻腐蝕和不均勻腐蝕）；

2）局部腐蝕（點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕……）。1、金屬腐蝕基本原理

點(diǎn)腐蝕：金屬的大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但局部地方出現(xiàn)腐蝕小孔并向深處發(fā)展的現(xiàn)象，稱為小孔腐蝕或點(diǎn)腐蝕。

點(diǎn)腐蝕隱蔽性強(qiáng)、破壞性大，即使在腐蝕失重很小的情況下，設(shè)備就會(huì)發(fā)生穿孔破壞，導(dǎo)致事故……

不銹鋼在含氯介質(zhì)條件特別容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕！1、金屬腐蝕基本原理

點(diǎn)腐蝕基本原理：1）鈍化膜破壞；2）形成閉塞電池；3）發(fā)生自催化酸化作用；4）點(diǎn)腐蝕穿透……

點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生條件：介質(zhì)中含有氯離子和氧化劑（如溶解氧）……1、金屬腐蝕基本原理

晶間腐蝕：沿著金屬晶界發(fā)生的腐蝕稱為晶間腐蝕。腐蝕從表面開始，沿晶界向內(nèi)發(fā)展，直至整個(gè)金屬由于晶界破壞而完全喪失強(qiáng)度。

也是一種危害性很大的局部腐蝕！原始晶界晶界開裂1、金屬腐蝕基本原理

晶間腐蝕基本原理：1）晶界碳化物析出；2）晶界兩側(cè)貧鉻區(qū)形成；3）晶界遭到腐蝕；4）材料強(qiáng)度喪失……晶界兩側(cè)貧鉻區(qū)晶界析出碳化物

也是一種危害性很大的局部腐蝕！晶粒1、金屬腐蝕基本原理

縫隙腐蝕：金屬之間或者金屬與非金屬之間由于存在縫隙，造成縫隙中介質(zhì)擴(kuò)散受阻，導(dǎo)致縫隙內(nèi)金屬加速腐蝕的現(xiàn)象。

法蘭等密封件連接時(shí)要特別注意！

幾乎所有金屬都會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕！1、金屬腐蝕基本原理

縫隙腐蝕基本原理：1）形成氧濃差電池；2）閉塞電池的形成；3）縫內(nèi)發(fā)生自催化酸化作用；4）縫內(nèi)金屬被加速腐蝕……

縫隙寬度范圍：0.025~0.1mm

含氯離子會(huì)加速縫隙腐蝕速度！1、金屬腐蝕基本原理

應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力腐蝕是指金屬在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下發(fā)生開裂的現(xiàn)象（簡(jiǎn)稱SCC）。

不銹鋼在5%氯化鈉溶液中沿焊縫殘余應(yīng)力區(qū)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，簡(jiǎn)稱“氯脆”。

應(yīng)力腐蝕類型包括氯脆、硫脆、堿脆、氨脆、硝脆等多種類型……1、金屬腐蝕基本原理

應(yīng)力腐蝕基本原理：1）裂紋源形成孕育期；2）裂紋擴(kuò)展期；3）快速斷裂期。

應(yīng)力腐蝕三個(gè)前提條件：1）特定的材料；2）特定的介質(zhì)；3）臨界拉伸應(yīng)力。

SCC裂紋具有沿晶開裂和穿晶開裂兩種類型。1、金屬腐蝕基本原理

電偶腐蝕：異種金屬在同一介質(zhì)中相互接觸，由于電極電位不同而產(chǎn)生電位差和電偶電流，電位較負(fù)的金屬腐蝕速度顯著增加，造成電偶腐蝕。

換熱器不銹鋼管束和碳鋼管板相連接導(dǎo)致嚴(yán)重電偶腐蝕！

異種金屬相互接觸并與電解質(zhì)形成完整電流回路是發(fā)生電偶腐蝕的必要條件。1、金屬腐蝕基本原理

電偶腐蝕基本原理：異種金屬之間電位差愈大，則電偶腐蝕愈嚴(yán)重，能夠造成明顯電偶腐蝕的電位差（即驅(qū)動(dòng)電位）為400mV……

隔絕異種金屬相互接觸（如接觸面絕緣化）是解決電偶腐蝕的有效方法！

影響電偶腐蝕的因素主要包括陰陽極面積比和介質(zhì)電導(dǎo)率。2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—不銹鋼

不銹鋼的定義：不銹鋼通常是指含鉻量在12～

30％的鐵基耐蝕合金，在空氣、水、鹽溶液以及酸、堿等腐蝕介質(zhì)中具有高度穩(wěn)定性的鋼。

除了具有良好的耐蝕性能之外，不銹鋼還需具有良好的工藝性能及力學(xué)性能……2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—不銹鋼

不銹鋼中合金元素：C、Cr、Ni、Mo、

Ti、Nb、N、Cu……Cr：最重要的耐蝕合金元素，通過鈍化提高耐蝕性。Ni：主要的耐蝕合金元素，通過奧氏體化改善工藝性。Mo：主要耐點(diǎn)蝕合金元素，改善不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能。Ti、Nb：提高不銹鋼的耐晶間腐蝕性能。N：改善不銹鋼的耐局部腐蝕性能。Cu：改善不銹鋼在還原性酸中的耐蝕性。C：改善不銹鋼的力學(xué)性能，但是降低其耐蝕性。2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—不銹鋼

不銹鋼種類： 奧氏體不銹鋼（304、316）

鐵素體不銹鋼（430） 馬氏體不銹鋼（1~4Cr13） 雙相不銹鋼（2205）

占不銹鋼產(chǎn)量和用量的70%！

不含Ni，價(jià)格便宜！

強(qiáng)度和硬度高，兼顧力學(xué)和耐蝕性能！

耐晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能好！2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—不銹鋼

常用不銹鋼牌號(hào)：GBAISIW-Nr.GBAISIW-Nr.1Cr134101.40061Cr18Ni93021.43002Cr134201.40210Cr18Ni93041.43013Cr13420J21.402800Cr19Ni10304L1.43061Cr17Ni24311.40570Cr17Ni12Mo23161.44019Cr18440C1.412500Cr17Ni14Mo2316L1.44040Cr174301.40160Cr19Ni13Mo33171.444900Cr17430LX(日)N/A00Cr19Ni13Mo3317L1.44381Cr17Mn6Ni5N2011.437200Cr20Ni25Mo4Cu904L1.45391Cr18Mn8Ni5N2021.437300Cr22Ni5Mo3N22051.44172、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—鎳基合金

鎳基合金的定義：以鎳為基體，并溶入其他耐蝕合金元素所組成的合金稱為鎳基耐蝕合金。

鐵鎳基合金：鎳含量≥30%鎳鐵含量≥50%鎳基合金：鎳含量≥50%2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—鎳基合金

鎳基合金種類：鐵鎳基合金（Incoloy800）

鎳銅合金（Monel合金） 鎳鉻合金（Inconel600） 鎳鉻鉬合金（Hastelloy合金）

良好的耐高溫水應(yīng)力腐蝕性能！

良好的耐氫氟酸腐蝕性能！

良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕和抗高溫氧化性能！

良好的耐氯離子點(diǎn)蝕和還原性酸腐蝕性能！2、耐蝕金屬材料及其應(yīng)用

—鈦及其合金

鈦及其合金的耐蝕性：

優(yōu)良的耐氯離子點(diǎn)蝕性能！

在干氯氣和純氧中會(huì)發(fā)生自燃！

不耐高溫強(qiáng)堿腐蝕！

優(yōu)良的耐還原性酸腐蝕性能！

優(yōu)良的耐有機(jī)酸腐蝕性能！

易氫脆，不耐氫腐蝕！3、常用腐蝕防護(hù)方法

—金屬表面處理金屬覆蓋層：電鍍（Cr、Ni、Cu、Sn、Zn、Au、Ag等）化學(xué)鍍（Ni-P鍍）熱噴涂（Zn、Al等）包覆處理(如包鋁、不銹鋼內(nèi)襯等)

分為陰極性鍍層和陽極性鍍層。

無需電流、鍍層均勻性好、適合管內(nèi)表面鍍層保護(hù)。

常用于大面積外防腐涂層……。3、常用腐蝕防護(hù)方法

—金屬表面處理非金屬覆蓋層：搪瓷涂層涂料涂層塑料涂層橡膠覆蓋層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜（磷化、化學(xué)氧化、陽極氧化等）3、常用腐蝕防護(hù)方法

—緩蝕劑

緩蝕劑是一些少量加入腐蝕介質(zhì)中就能顯著減緩或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，也叫腐蝕抑制劑。

優(yōu)點(diǎn)在于用量少、見效快、成本低、使用方便！

分為陽極型、陰極型和混合型三種類型緩蝕劑。

一般適用于封閉體系，使用不當(dāng)會(huì)加速腐蝕！3、常用腐蝕防護(hù)方法

—電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)就是使金屬構(gòu)件極化到免蝕區(qū)或鈍化區(qū)而得到保護(hù)。

一次性投入高、技術(shù)要求高、但是保護(hù)周期長(zhǎng)！

分為陰極保護(hù)和陽極保護(hù)兩種方法。

一般適用于長(zhǎng)距離埋地管道外防護(hù)，需定期維護(hù)！3、常用腐蝕防護(hù)方法

—層狀復(fù)合材料

層狀復(fù)合材料：屬于結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料，根據(jù)容器或管道內(nèi)外介質(zhì)性能的不同（如腐蝕性），針對(duì)性地采用不同的材料制造基板和襯板，并采用機(jī)械或者冶金工藝方法復(fù)合而成，基板（一般為碳鋼板）承壓而襯板（如不銹鋼板）耐蝕。

一種高性價(jià)比的新型耐蝕金屬?gòu)?fù)合材料！

襯管采用耐蝕合金制造，保證耐蝕性……

基管采用碳鋼或低合金鋼制造，保證承壓性……4、腐蝕監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)介質(zhì)分析腐蝕速率測(cè)定無損探傷檢測(cè)在線安全評(píng)定

酸堿度、硬度、陰陽離子種類及含量……

包括電阻法、腐蝕掛片法、線性極化腐蝕探頭法……

滲透、磁粉、射線、超聲、渦流探傷等……

專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……5、典型腐蝕破壞案例分析

—化學(xué)工業(yè)腐蝕案例案例12Cr13填料盒應(yīng)力腐蝕開裂分析2Cr13不銹鋼填料盒開裂失效的主要原因是氯化物應(yīng)力腐蝕開裂……

填料盒表面布滿穿晶型裂紋，如箭頭所示……5、典型腐蝕破壞案例分析

—化學(xué)工業(yè)腐蝕案例案例220鋼氫氣緩沖罐導(dǎo)凝閥斷裂分析20鋼導(dǎo)凝閥發(fā)生腐蝕疲勞斷裂，如箭頭所示位置……

腐蝕疲勞裂紋源位于焊根應(yīng)力集中處，在閥內(nèi)酸性殘液和交變應(yīng)力聯(lián)合作用下發(fā)生腐蝕疲勞斷裂……5、典型腐蝕破壞案例分析

—化學(xué)工業(yè)腐蝕案例案例3