材料的腐蝕與防腐.ppt

1、腐蝕（corrosion）,“腐蝕是從繪圖板開始的”，這句話是強調(diào)沒計防腐蝕是化工生產(chǎn)的根本性防腐蝕方法，也是化工設備設計的一項重要內(nèi)容。選材是化工設備設計中的重要環(huán)節(jié)，材料性能的鑒別和評定是選材的兩個主要問題。重點介紹電化學腐蝕和局部腐蝕的基本概念和載荷與溫度對腐蝕的影響；設備腐蝕概況、特點、影響因素和防護措施。對不同類型化工設備具體選材方案的了解，可供類似工況下的設備選材借鑒，這既是對腐蝕基礎知識的具體應用，也是對化工裝置選用材料的指導。,腐蝕的定義,金屬腐蝕是指金屬與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用而產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象。,腐蝕的危害,金屬腐蝕造成的損失是巨大的。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因腐蝕而造成的經(jīng)

2、濟損失約為7000億美元，占各國國民生產(chǎn)總值（GDP）的2一4。腐蝕損失為自然災害（地震、風災、水災，火災等）損失總和的6倍。中國1997年統(tǒng)計，腐蝕經(jīng)濟損失高達2800億人民幣，約占國民生產(chǎn)總值的4以上。據(jù)統(tǒng)計，因腐蝕每年約30的鋼鐵產(chǎn)品報廢，10的鋼鐵將全部變?yōu)殍F銹。以此計算我國每年因腐蝕損失的鋼鐵約為1000萬噸。在化工、石油、輕工、能源等行業(yè)中，約60的裝備失效與腐蝕有關。實際上，由于材料腐蝕引起的工廠停產(chǎn)、設備更新、能源浪費等間接損失，其價值遠比金屬材料的價值大得多。 腐蝕是不可避免的，但腐蝕是可以控制和盡可能減緩的。根據(jù)最新的調(diào)查，若充分應用現(xiàn)有防腐蝕技術和腐蝕科學知識，腐蝕損失至

3、少可以挽回l/4，這相當于將現(xiàn)階段我國國民生產(chǎn)總值（GDP）提高一個百分點。所以，在化工設備設計中應對金屬腐蝕問題予以充分的重視。,腐蝕的分類,化學腐蝕 電化學腐蝕 應力腐蝕 晶間腐蝕 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 這是兩種性質(zhì)不同的腐蝕。,corrosion categories：,The conditions that cause corrosion can arise in a variety of ways. For this brief discussion on the selection of materials it is convenient to classify corrosion

4、 into the following categories： 1. General wastage of material-uniform corrosion. 2. Galvanic corrosion dissimilar metals in contact. 3. Pitting-localised attack. 4. Intergranular corrosion. 5. Stress corrosion. 6. Erosion-corrosion. 7. Corrosion fatigue. 8. High temperature oxidation. 9. Hydrogen e

5、mbrittlement.,析氫腐蝕,對于酸性溶液通常是氫離子的還原，腐蝕反應的原電池模型中可以表示為： 2H2e H2 此時，因有氫氣析出，又稱析氫反應。這種由于氫離子的還原而使金屬受到腐蝕，并伴隨氫氣析出的腐蝕作用叫做析氫腐蝕，又稱氫去極化腐蝕。析氫腐蝕是一切活潑金屬在非氧化性酸中的基本腐蝕形式。,吸氧腐蝕,對于中性溶液，通常是溶液中的氧還原為氫氧離子： O22H2O4e一 4OH 此時，因吸收了氧，又稱吸氧反應，這種由于氧的還原而引起的金屬腐蝕叫做吸氧腐蝕，又稱耗氧腐蝕。 多數(shù)的金屬在海水、淡水、土壤和弱堿性的水溶液中，由于氫離子的濃度小，不足以腐蝕金屬，這時，少量溶解氧就充當了氧化劑。

6、,應力腐蝕,應力腐蝕破裂是指金屬在固定拉應力和特定介質(zhì)的共同作用下所引起的破裂。這里所說的應力，其來源可以是構件在制造(如焊接)或裝配過程中的殘余內(nèi)應力，也可以是設備、構件在使用過程中所承受的各種應力。實驗證明，只有拉應力才能引起應力腐蝕，壓應力不會產(chǎn)生應力腐蝕。 使某一材料發(fā)生應力腐蝕的介質(zhì)是特定的介質(zhì)，不是任意介質(zhì)。例如在氯化物溶液中，奧氏體不銹鋼在固定的拉應力作用下容易產(chǎn)生應力腐蝕，但在含氨的蒸汽中則不會產(chǎn)生應力腐蝕?？墒菍S銅來說，在含氨的蒸汽中卻容易產(chǎn)生應力腐蝕，而在氯化物溶液中反倒不發(fā)生應力腐蝕。這表明，構成一個應力腐蝕的體系要求一定的材料與一定介質(zhì)的相互組合。,晶間腐蝕的原因,由

7、于晶界處某些合金成分比晶粒少，使晶界的電位低于晶粒的電位，或晶界的極化性能不如晶粒的極化性能，從而造成晶間有更大的腐蝕敏感性。 例如，不銹鋼的晶間貧鉻，鋁銅合金的晶間貧銅，鎳鉻鋁合金的晶間缺鉬等，都會引起晶間腐蝕。這種晶界某些成分的貧化現(xiàn)象，常常是在熱處理時產(chǎn)生的。 由于晶界存在易溶解的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在某些介質(zhì)中優(yōu)先溶解，引起晶間腐蝕。 當晶粒與晶界的應力狀態(tài)不同時，也會引起晶粒與晶間的電位差，導致晶間腐蝕。,不銹鋼晶間腐蝕,奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的機理是貧鉻理論：不銹鋼因含鉻而有很高的耐蝕性，其鉻含量必須要超過12.5，否則其耐蝕性能和普通碳鋼差不多。不銹鋼在敏化溫度范圍內(nèi)（450-850），

8、奧氏體中過飽和固溶的碳將和鉻化合成Cr23C6，沿晶界沉淀析出。由于奧氏體中鉻的擴散速度比碳慢，這樣，生成Cr23C6所需的鉻必然從晶界附近獲取，從而造成晶界附近區(qū)域貧鉻。如果鉻含量降到12.5%以下，則貧鉻區(qū)處于活化狀態(tài)，作為陽極，它和晶粒之間構成腐蝕原電池，貧鉻區(qū)是陽極，面積小，晶粒是陰極，面積大，從而造成晶界附近貧鉻區(qū)的嚴重腐蝕。,避免應力集中的設計,避免應力集中的設計,金屬或合金發(fā)生應力腐蝕破裂時，大部分表面實際并未遭受腐蝕，只是在局部地區(qū)出現(xiàn)一些由表及里的細裂紋，這些裂紋可能是穿過晶粒的，也可能是沿晶界延伸的，裂紋的主干與最大拉應力垂直。隨著裂紋的擴展，材料的受力截面減小，在應力腐蝕

9、后期，材料截面縮小到使其應力值達到或超過材料的強度極限時，金屬或合金即迅速發(fā)生了機械斷裂。 控制應力腐蝕破裂應從合理選材、控制應力、減弱介質(zhì)的浸蝕性等方面著手解決。例如消除焊件的殘余應力，避免應力集中的設計。,腐蝕的破壞形式,局部腐蝕： 電偶腐蝕（galvanic corrosion）又稱“接觸腐蝕” 縫隙腐蝕（crevice corrosion） 孔蝕（pitting） 晶間腐蝕（inter-granular corrosion） 選擇性腐蝕（selective corrosion） 應力腐蝕開裂（stress corrosion cracking） 腐蝕疲勞（corrosion fatig

10、ue） 沖刷腐蝕（erosion corrosion）,腐蝕的各種破壞形式,均勻腐蝕 電偶腐蝕 縫隙腐蝕,孔蝕 晶間腐蝕 應力腐蝕,腐蝕疲勞 氫鼓泡 磨損腐蝕,縫隙腐蝕crevice corrosion,金屬部件在介質(zhì)中，如若金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，從而引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕，那么這種局部腐蝕就稱為縫隙腐蝕。例如在法蘭的連接面間、螺母或鉚釘頭的底面、焊縫的氣孔內(nèi)及銹層的縫隙間都有可能由于積存少量靜止的腐蝕介質(zhì)而產(chǎn)生縫隙腐蝕。此外，砂泥、積垢、雜屑等沉積在金屬表面上也會形成縫隙引起縫隙腐蝕。 幾乎所有的金屬和合金都會產(chǎn)生縫隙腐蝕，只是對腐蝕的敏感

11、性有所不同，不銹鋼的敏感性比碳鋼高。幾乎所有的介質(zhì)，包括中性，接近中性以及酸性的介質(zhì)都會引起縫隙腐蝕。 為了防止縫隙腐蝕，在設備、部件的結構設計上，應盡量避免形成縫隙，采用對焊比采用鉚接、螺栓連接或搭焊要好。為了避免容器底部與多孔性基礎之間產(chǎn)生縫隙腐蝕，罐體不要直接座在多孔性基礎上，宜加支座為好。,孔蝕（pitting）,在金屬表面的局部地區(qū)出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，這些小孔有的孤立存在，有些則緊湊在一起，看上去象一片粗糙的表面，這種腐蝕形態(tài)稱為小孔腐蝕，簡稱孔蝕或點蝕。 它不是按照腐蝕后的重量損失來評定的，一般是用單位面積上的腐蝕坑數(shù)量及最大深度來評定腐蝕傾向大小的。 從實踐的觀點來看，容易

12、鈍化的金屬或合金，如不銹鋼、鋁和鋁合金、鈦和鈦合金等在含有氯離子的介質(zhì)中經(jīng)常發(fā)生孔蝕。 總的來說，普通鋼比不銹鋼耐孔蝕能力高，例如用海水作冷卻介質(zhì)的冷凝器管子，如果用碳鋼代替不銹鋼，雖然碳鋼的全面腐蝕較不銹鋼大得多，但卻不會發(fā)生由孔蝕引起的迅速穿孔。 實踐還表明，孔蝕通常發(fā)生在靜滯的涼體中，提高流速會使孔蝕減輕。例如，一臺打海水的不銹鋼泵如連續(xù)運轉(zhuǎn)，使用很好，但如停用一段時間，就會產(chǎn)生孔蝕。,鈍化現(xiàn)象,室溫條件下，把一鐵片放置在稀硝酸溶液中，鐵片將被溶解，其溶解速度隨硝酸濃度增加而迅速增大。當硝酸濃度達到3040時，溶解速度達到最大值。如果再增加硝酸濃度（40），鐵的溶解速度急劇降低，僅為最大

13、值的萬分之一左右。這表明鐵片的表面已由活性溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅Ｄ臀g的狀態(tài)。這種金屬表面狀態(tài)的突然變化過程稱為鈍化。金屬表面鈍化后所處的狀態(tài)稱為鈍態(tài)。,鈍化,目前被大多數(shù)人所接受的理論有薄膜理論（成相膜理論）；吸附理論和電子排列理論。 薄膜理論認為：鈍化的原因是由于在金屬材料的表面形成了一層起保護作用的薄膜（厚度為幾納米），它阻滯了陽極反應的進行。使電位升高很多。一般來說，金屬材料的鈍化現(xiàn)象發(fā)生在氧化性介質(zhì)中，鈍化膜就是一種氧化膜或氧化物所形成的鹽類膜，這種保護膜對陽極過程的屏蓋作用，使之鈍化。,吸附理論,吸附理論認為：當金屬材料的表面吸附了氧、氧化劑或其他物質(zhì)時，也可以產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象。吸附理論又分為兩種說法?；瘜W吸附，材料表面吸附了氧原子，當氧原子吸附層完全充滿表面時，就出現(xiàn)了鈍化現(xiàn)象。也有人認為，只要氧吸附在電化學