壓力容器金屬材料的腐蝕類型及其試驗方法

一、均勻腐蝕

均勻腐蝕(又稱全面腐蝕)是指在整個合金材料表面上以比較均勻的方式發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。其形貌特征是當發(fā)生全面腐蝕時，材料的厚度逐漸變薄，甚至腐蝕穿透。

全面腐蝕是機械設(shè)備在實際使用中發(fā)生腐蝕失效的基本形式。全面腐蝕代表材料總的重量損失。這種腐蝕通?？梢酝ㄟ^簡單的浸泡試驗，或查閱腐蝕方面的文獻資料，或憑生產(chǎn)經(jīng)驗加以預(yù)測，便于估計設(shè)備的壽命。在選用耐蝕材料時，其耐全面腐蝕性能是耐蝕性的最基本的性能。

均勻腐蝕試驗最常用的是重量法，即將試樣置于試驗介質(zhì)中，經(jīng)一定時間后測量其質(zhì)量變化,求出其腐蝕速度?，F(xiàn)行標準為JB/T7901—1999《金屬材料試驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》，代替了原標準GB/T10124—1988。二、點腐蝕

鈍化型金屬之所以能抗腐蝕乃是由于其表面能形成一層具有保護性的鈍化膜。然而,一旦這層鈍化膜遭到破壞，而又缺乏自鈍化的條件或能力，金屬就會發(fā)生腐蝕，如果腐蝕僅僅集中在設(shè)備的某些特定點域，并在這些點域形成向深處發(fā)展的腐蝕小坑，而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現(xiàn)象，稱為點腐蝕。

影響金屬材料點蝕性能的因素主要由兩個方面，材料和環(huán)境介質(zhì)。就材料本身，其影響因素包括合金成分、顯微組織以及金屬表面狀態(tài)。

目前大多數(shù)國家的標準規(guī)定用點蝕當量指數(shù)(PREN)來表征不銹鋼的抗點蝕性能。對奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及鐵素體不銹鋼的PREN計算公式為:PREN=Cr+3.3Mo+16N(合金中各元素質(zhì)量分數(shù))

PREN數(shù)值越大表明不銹鋼的耐點蝕性越好。PREN只作為不銹鋼--般綜合耐蝕性的標示方法,是耐蝕性的相對性能，用于不同成分牌號的耐蝕性排隊比較，而不是絕對的性能指標。同時，PREN只考慮了合金成分，沒有充分考慮熱處理狀態(tài)，只適用于金屬材料特定狀態(tài)下耐蝕性能的比較，如奧氏體、雙相不銹鋼的固溶態(tài)，鐵素體不銹鋼的退火態(tài)。

點腐蝕的試驗方法主要有電化學方法和化學浸泡法。

電化學方法主要是測量試樣的不銹鋼擊穿電位。其標準為GB/T17899—1999《不銹鋼點蝕電位測量方法》。

化學浸泡法主要是采用三氯化鐵溶液進行點腐蝕化學加速試驗。其標準為GB/T17897—2016《金屬和合金的腐蝕不銹鋼三氯化鐵點腐蝕試驗方法》。三、晶間腐蝕

晶粒間界是結(jié)晶方向不同的晶粒間紊亂錯合的界域，因而，它們是金屬中各溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物(如碳化物和σ相等)沉淀析出的有利區(qū)域。在某些腐蝕介質(zhì)中，晶粒間界可能先行被腐蝕。這種沿著材料晶粒間界先行發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的局部破壞現(xiàn)象,稱為晶間腐蝕。

不銹鋼和合金的晶間試驗方法標準是GB/T4334—2008《金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》。

該標準規(guī)定了不銹鋼晶間腐蝕試驗方法的試樣、試驗溶液、試驗設(shè)備、試驗條件和步驟，試驗結(jié)果的評定及試驗報告。

該標準適用于檢驗不銹鋼晶間腐蝕，包括以下試驗方法:

1、方法A—不銹鋼10%草酸浸蝕試驗方法。

適用于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的篩選試驗，試樣在10%草酸溶液中電解浸蝕后，在顯微鏡下觀察被浸蝕表面的金相組織，以判定是否需要進行方法B、方法C、方法D、方法E等長時間熱酸試驗。在不允許破壞被測結(jié)構(gòu)件和設(shè)備的情況下，也可以作為獨立的晶間腐蝕檢驗方法。

2、方法B—不銹鋼硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗方法。

適用于將奧氏體不銹鋼在硫酸、硫酸鐵溶液中煮沸試驗后，以腐蝕速率評定晶間腐蝕傾向。

3、方法C—不銹鋼65%硝酸腐蝕試驗方法。

適用于將奧氏體不銹鋼在65%硝酸溶液中煮沸試驗后，以腐蝕速率評定晶間腐蝕傾向。

4、方法D—不銹鋼硝酸-氫氟酸腐蝕試驗方法。

適用于檢驗含鉬奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。用溫度為70C的10%硝酸和3%氫氟酸溶液中的腐蝕速率，同基準試樣腐蝕速率的比值來判定晶間腐蝕傾向。

5、方法E—不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法。

適用于檢驗奧氏體、奧氏體-鐵素體不銹鋼在加有銅屑的硫酸-硫酸銅溶液中煮沸試驗后，由彎曲或金相判定晶間腐蝕傾向。四、縫隙腐蝕

縫隙腐蝕是在電解質(zhì)溶液中(特別是含有鹵素離子的介質(zhì))，在金屬與金屬或非金屬表面之間狹窄的縫隙內(nèi)，由于溶液的移動受到阻滯，在縫隙內(nèi)溶液中氧耗竭后，氯離子即從縫隙外向縫隙內(nèi)遷移，又由于金屬氯化物的水解自催化酸化過程，導(dǎo)致鈍化膜的破裂，因而產(chǎn)生與自催化點腐蝕相類似的局部腐蝕。它可能破壞機械連接的整體性和密封性，給設(shè)備的正常運行造成嚴重的障礙或失效,甚至出現(xiàn)破壞事故。

縫隙腐蝕通常發(fā)生在一些電解質(zhì)溶液(特別是含有鹵素離子時)停滯的縫隙中或屏蔽的表面內(nèi)。在通用機械設(shè)備中，法蘭的連接處，與鉚釘、螺栓、墊片、墊圈(尤其是橡膠墊圈)、閥座、松動的表面沉積物以及附著的海洋生物等相接觸處，還有列管換熱器脹管間隙處等，都容易發(fā)生縫隙腐蝕。需要指出的是，即使沒有氯離子存在，也可能產(chǎn)生縫隙腐蝕。

其常用的試驗方法有:三氯化鐵化學浸泡和電化學方法兩種。

三氯化鐵化學浸泡法標準為GB/T10127—2002《不銹鋼三氯化鐵縫隙腐蝕試驗方法》。五、應(yīng)力腐蝕

機械設(shè)備零件在應(yīng)力(拉應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性開裂現(xiàn)象，致使設(shè)備和零件失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂。

根據(jù)介質(zhì)的主要成分為氯化物、氫氧化物、硝酸鹽及含氧水等，而分別稱為氯裂(氯脆或氯化物開裂)、堿裂(堿脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。

應(yīng)力腐蝕開裂與單純由機械應(yīng)力造成的開裂不同，它在極低的負荷應(yīng)力下也能產(chǎn)生開裂;它與單純由腐蝕引起的開裂也不同，腐蝕性極弱的介質(zhì)也能引起應(yīng)力腐蝕開裂。其全面腐蝕常常很輕，而且沒有變形預(yù)兆，即發(fā)生突然斷裂，應(yīng)力腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)中危害性最大的一種惡性腐蝕類型。

機械設(shè)備和部件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)必須同時滿足材料、環(huán)境、應(yīng)力三者的特定條件。

根據(jù)應(yīng)力加載的方法不同，應(yīng)力腐蝕試驗方法主要可分為以下四類。

1、恒變形法

給予試樣—定的變形，對其在試驗環(huán)境中的開裂敏感性進行評定。

2、恒載荷法

即把單軸拉伸型的試樣沿軸向施加應(yīng)力，在腐蝕介質(zhì)中試驗，比較斷裂時間的長短，或利用應(yīng)力與斷裂時間的關(guān)系曲線，來提出應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力σscc。

3、慢應(yīng)變速率法

是在專門設(shè)計的慢應(yīng)變速率應(yīng)力試驗機上，使試樣在腐蝕介質(zhì)中以一定的應(yīng)變速度拉伸，直至斷裂。分析試樣的破斷情況和斷口特征等，以評定其應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。

4、斷裂力學法

使用楔形張開加載型試樣進行研究，對預(yù)先制有裂紋的試樣給以各種K值,測定裂紋停止擴展的臨界值KIscc。

其標準有GB/T4157—2017《金屬在硫化氫環(huán)境中抗硫化物應(yīng)力開裂和應(yīng)力腐蝕開裂實驗室試驗方法》、GB/T17898—1999《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應(yīng)力腐蝕試驗方法》、GB/T10126—2002《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應(yīng)力腐蝕試驗方法》。

在GB/T21433—2008《不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗》標準釋義(“鍋容標委”組織編寫，黃嘉琥編著)-書中，表1-1詳細對比說明了晶間腐蝕與晶間型應(yīng)力腐蝕開裂的主要