【學習課件】第2章腐蝕與防護基礎知識

1、第2章 金屬腐蝕與防護基礎知識第1節(jié) 化學腐蝕第2節(jié) 電化學腐蝕與腐蝕電池第3節(jié) 化工設備的腐蝕形式第2-4節(jié) 化工設備腐蝕防護技術編輯ppt第1節(jié) 化學腐蝕 一、金屬的氧化二、金屬化學腐蝕的介質三、金屬化學腐蝕的特點四、常見的化學腐蝕編輯ppt金屬化學腐蝕指金屬與周圍介質直接發(fā)生化學反應而引起的變質和損壞的現(xiàn)象。腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與介質間直接進行的，沒有腐蝕微電流的產生。 1.金屬的氧化2.1 狹義氧化：狹義的氧化是指金屬與環(huán)境介質中的氧化合而生成金屬氧化物的過程 （2-1）2.2 廣義氧化：就是金屬與介質作用失去電子的過程化學腐蝕（2-2）編輯ppt2. 金屬化學腐蝕的介質2.

2、1 金屬在干燥氣體(dry gas)中的腐蝕速度慢、危害小2.2 金屬在高溫氣體中的腐蝕危害嚴重，乙烯裂解爐爐管、合成氨工業(yè)中的轉化爐、廢熱鍋爐等等這些設備均處在高溫氣體的環(huán)境中運行，常引起高溫氧化腐蝕。 2.3 其它的氧化劑引起的化學腐蝕硫、鹵素或其它的原子及原子團 2.4 金屬在非電解質溶液中的腐蝕 金屬在有機溶劑中的腐蝕現(xiàn)象。如：Al在CCl4、Mg和Ti在甲醇中的腐蝕。 化學腐蝕編輯ppt3. 金屬化學腐蝕的特點3.1 化學腐蝕的介質是不導電、不電離的物質。3.2 化學腐蝕是直接的純化學反應的結果，電子的得失在同一部位于同一瞬間完成，沒有腐蝕電流產生。3.3 化學腐蝕與電位及電位變化無

3、關，不能用電化學保護的方法予以控制。 化學腐蝕編輯ppt 4. 常見的化學腐蝕 4.1鋼鐵的高溫氧化 氧化物組成，即由內到外為FeO、Fe3O4和Fe2O3 圖2-1 鋼在570以上高溫氧化時,氧化物的形成 化學腐蝕編輯ppt4.2 鋼鐵的脫碳化學腐蝕編輯ppt化學腐蝕4.3 氫腐蝕 定義：鋼材受高溫高壓的氫氣作用變脆甚至破裂的現(xiàn)象稱為氫腐蝕。 4.3.1 氫脆 鋼材與氫氣接觸后，氫被吸附在鋼材表面上，然后被分解為氫原子并沿晶粒邊界向鋼材內部擴散。尤其當鋼材受力變形時，會劇烈地加速氫原子的擴散，高速擴散的氫原子在滑移面上轉變?yōu)榉肿訝顟B(tài)，而分子氫不具有擴散能力，在晶間積聚產生內壓力，使鋼材進一步

4、變形受到限制而呈現(xiàn)脆性。 4.3.2 氫侵蝕編輯ppt4.3.3 Nelson曲線氫腐蝕的起始溫度 氫腐蝕的最低氫分壓 圖22各種鋼材的氫腐蝕曲線(Nelson線圖) 化學腐蝕編輯ppt化學腐蝕4.4 高溫硫化 高溫硫化是金屬在高溫下與含硫介質(如H2S、SO2、Na2SO4有機硫化物等)反應生成硫化物的過程。 M(金屬) + 0.5S2 MS M(金屬) + H2S H2 + MS 2M + SO2 2MO + 0.5S24.4.1金屬硫化物的PB比更大，因而生成硫化物膜有更大的內應力，易于使膜破裂。4.4.2金屬硫化物的晶格缺陷濃度比相應的氧化物高得多，使各種離子在膜中擴散更容易。4.4.

5、3金屬硫化物的熔點比對應的氧化物低得多，特別是金屬-金屬硫化物的共晶點更低，容易出現(xiàn)液相而失去保護性，加劇腐蝕進程。4.4.4 硫對金屬氧化物有很強的破壞能力。 編輯ppt化學腐蝕4.5 煉油設備的硫腐蝕 煉油廠中高溫硫的腐蝕是以H2S為主的活性硫腐蝕。由于原油所含硫化物組成及性質不同，腐蝕性能也可能不同。原油中不同有機硫化物有不同分解溫度。硫醚和二硫化物在130160開始分解。其他有機物的分解反應在250左右開始。由于有機物的分解，H2S含量可提高9倍。在350400時，H2S能按下式分解：H2S S + H2分解出來的硫稱活性硫，腐蝕性很強。在此溫度下，低級硫醇能直接與鐵反應而腐蝕： RC

6、H2CH2SH + Fe FeS + (RCH=CH2) + H2 溫度升到375425時未分解的H2S也還能與鐵直接反應。加氫裝置、催化重整裝置、延遲焦化裝置的焦炭塔、分餾塔、硫磺回收裝置、硫磺尾氣脫硫裝置以及聚苯乙烯裝置的脫氫爐等都存在高溫硫的腐蝕。編輯ppt第2節(jié) 電化學腐蝕一、電化學腐蝕的特點二、金屬的電化學腐蝕現(xiàn)象三、腐蝕電池的定義及組成條件 四、腐蝕電池的類型編輯ppt電化學腐蝕一、電化學腐蝕的特點1.電化學腐蝕介質為能電離、可導電的電解質，且大多為水溶液。2.電化學腐蝕中，金屬失去電子的氧化反應和介質中的氧化劑得到電子的還原反應在不同的部位相對獨立地進行，而不是直接地進行電子交換

7、。3.電化學反應的陰、陽極之間有腐蝕電流產生，腐蝕電流的大小與腐蝕速度的快慢有直接關系。4.電化學腐蝕與電極電位的關系密切。可以利用此特點實施電化學保護。5.電化學腐蝕具有次生過程，使得腐蝕產物最終離開發(fā)生腐蝕的原始部位。編輯ppt電化學腐蝕二、金屬的電化學腐蝕現(xiàn)象圖2-3 不均一金屬在稀硫酸中的溶解 編輯ppt電化學腐蝕二、金屬的電化學腐蝕現(xiàn)象圖2-4 Cu-Zn原電池模型 當把鋅片與銅片置入上述稀硫酸溶液中并在它們之間用導線通過毫安表連接起來時這時發(fā)現(xiàn)毫安表的指針發(fā)生了偏轉，說明有電流通過。這表明鋅和銅在稀硫酸溶液中組成了一個原電池。由此可知，銅之所以會加速鋅片在稀硫酸中的溶解速度，是因為

8、銅和鋅以及稀硫酸組成了一個原電池的結果。 編輯ppt電化學腐蝕三、腐蝕電池的定義及組成條件伏特電池所產生的電流，是由于它的兩個電極鋅片與銅片在稀硫酸溶液中的電位不同，存在著一定的電位差所引起的。伏特電池的兩個電極上分別進行如下電極反應： 鋅電極電位較負，失去電子被氧化。 Zn Zn2 2e 銅片上，酸中的氫離子接受電子被還原，有氫氣逸出。 2H 2e 2H H2 整個電池反應為: Zn 2H Zn2 H2 由于鋅的氧化反應放出電子，而電子通過導線流到銅電極后，在銅上被氫離子的還原所消耗，這樣就構成了一個電池回路，其結果是電極電位較負的金屬鋅不斷溶解成鋅離子進入溶液，使鋅遭到腐蝕。編輯ppt電化

9、學腐蝕3.1腐蝕電池：兩種電極電位不同的金屬互相接觸并同時放入電解質溶液中，就組成了一個腐蝕電池。注意：此定義是針對宏觀的伏特腐蝕原電池而言。陽極：發(fā)生氧化反應的電極陰極：發(fā)生還原反應的電極 在腐蝕電池中，電流是從陰極流向陽極的（與電子流動的方向相反）。金屬電化學腐蝕的本質：就是浸在電解質溶液中的金屬表面上，形成了以金屬為陽極的腐蝕電池。編輯ppt電化學腐蝕3.2 腐蝕電池的組成條件3.2.1不同金屬或同一金屬不同部位之間要存在電位差；3.2.2具有不同電位的金屬或金屬部位要短路相接；3.2.3相互短接的金屬或金屬部位要共存于電解液中。3.3 腐蝕電池的工作歷程1.3.1 Anodic Rea

10、ction 陽極過程 M Mn+ + ne 1.3.2 Cathodic Reaction 陰極過程 D + ne Dne1.3.3 Flow of Current 電流的流動編輯ppt電化學腐蝕四、腐蝕電池的類型 4.1 宏觀腐蝕電池4.1.1 腐蝕電偶(1) 不同的金屬浸于不同的電解質溶液中，如丹聶爾電池輪船船尾部分結構1-船殼（鋼板） 2- 推進器（青銅）編輯ppt電化學腐蝕(2)不同的金屬與同一電解質溶液相接觸。4.1.2 濃差電池(1) 鹽濃差電池(2) 氧濃差電池4.1.3 溫差電池編輯ppt電化學腐蝕4.2 微觀腐蝕電池4.2.1 金屬化學成分的不均勻性 （Fe3C和石墨；FeZ

11、n7）4.2.2 組織結構的不均勻性4.2.3 金屬表面膜的不完整性4.2.4 金屬表面物理狀態(tài)的不均勻性編輯ppt電化學腐蝕4.3 原電池與腐蝕電池的區(qū)別與聯(lián)系電極：陰極、陽極 正極、負極Zn Zn2 2e2H 2e 2H H2本質：原電池就是腐蝕電池功能與作用：原電池是把化學能轉化為電能并可以對外做功的裝置；腐蝕電池只能導致金屬腐蝕破壞，不能對外做有用的短路原電池，其釋放電能不被利用，而變成熱能散失。編輯ppt第3節(jié) 化工設備的腐蝕形式 一、腐蝕形態(tài)二、電偶腐蝕三、孔蝕四、縫隙腐蝕五、沿晶腐蝕六、應力腐蝕開裂七、腐蝕疲勞八、磨損腐蝕九、垢下腐蝕編輯ppt一、腐蝕形態(tài)編輯ppt1. 全面腐蝕

12、1.1 全面腐蝕的特征1.1.1 定義：如果腐蝕是在整個金屬的表面上進行的，則稱為全面腐蝕。1.1.2 特征：腐蝕分布在整個金屬表面，結果使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞。1.1.3 全面腐蝕的電化學過程特點：腐蝕電池的陰極和陽極面積尺寸非常微小且緊密相連。1.2 全面腐蝕的危害與控制編輯ppt2.1 局部腐蝕的特征2.1.1局部腐蝕通常存在著可以明確識別的和比較固定的宏觀和微觀腐蝕電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)。2.1.2通常局部腐蝕的腐蝕電池中陽極面積相對較小，陰極面積相對很大。2.1.3局部腐蝕的電化學反應過程往往具有自催化的特征，進一步創(chuàng)造了腐蝕反應發(fā)生的條件，使得局部腐蝕得以持續(xù)地加速發(fā)展

13、。2.2 局部腐蝕的危害2. 局部腐蝕編輯ppt二、電偶腐蝕1.電偶腐蝕的概念異種金屬彼此接觸或通過其它導體連通，處于同一介質中，會造成接觸部分的局部腐蝕。其中電位較低的金屬，溶解速度增大，電位較高的金屬，溶解速度反而減小，這種腐蝕稱為電偶腐蝕，或稱接觸腐蝕、雙金屬腐蝕。編輯ppt在電偶腐蝕電池中，腐蝕電位較低的金屬由于和腐蝕電位較高的金屬接觸而產生了陽極極化，其結果使溶解速度增加；而電位較正的金屬，由于和電位較低的金屬接觸而發(fā)生陰極極化，結果使溶解速度下降，即受到了陰極保護，這就是電偶腐蝕的原理2.電偶腐蝕的機理編輯ppt3.1 Galvanic Series 電偶序在電偶序中相距越遠的材料

14、互相接觸，電偶腐蝕就越嚴重；相距越近的材料接觸，發(fā)生電偶腐蝕的傾向就越小。3.2 Corrosive Media 介質條件3.2.1 Composition 介質成分3.2.2 Temperature 介質溫度3.2.3 pH Value 介質的pH值3.2.4 Stirring or Flowing 介質的攪拌或流動3.2.5 The Conductivity 介質的電阻率3.3 Area Effect 面積效應盡量避免大陰極小陽極結構組合3. 影響電偶腐蝕的因素編輯ppt4.1 Suitable Choice of Metal Material 合理選材選擇在電偶序中位置靠近的金屬相組合。

15、4.2 Suitable Structural Design 合理的結構設計4.2.1 Avoid the unfavorable area effect of a small anode and large cathode. 盡量避免小陽極、大陰極的結構。4.2.2 Insulate dissimilar Metals as possible 將不同的金屬彼此絕緣。4.2.3 Install a third metal that is anodic to both metals in the galvanic contact 插入第三種金屬。4.2.4 Design for the use

16、of readily replaceable anodic parts or make them thicker for longer life 將陽極部件設計成為易于更換的，或適當增厚以延長壽命。4. 防止電偶腐蝕的措施編輯ppt編輯ppt加入中間金屬的結構編輯ppt4.3 Apply coatings with caution 應用涂料保護層4.4 Add inhibitors to decrease the aggressiveness of environment 改善腐蝕環(huán)境4.5 Cathodic protection 陰極保護4. 防止電偶腐蝕的措施編輯ppt1.孔蝕的定義及其特

17、征1.1 Definition 定義孔蝕又叫點蝕、坑蝕，是一種集中發(fā)生在某些點處并向金屬內部發(fā)展的孔、坑狀腐蝕。1.2 The characteristics of pitting 點蝕的形貌特征（a）窄深、（b）橢圓形、（c）寬淺、（d）表面下面、（e）底切形、（f）水平形（g）垂直形三、孔腐蝕編輯ppt2.1 Initiation of pits 蝕孔的形核孔蝕電位或破裂電位、擊穿電位（Vbr）。(1)鈍化膜破壞理論：小孔的發(fā)生是當腐蝕性陰離子（如Cl-）在鈍化膜上吸附以后，由于Cl-半徑小而穿過鈍化膜，進入膜內后“污染了鈍化膜”，產生了強烈的感應離子導電，于是此膜在一定點上變得能夠維持高

18、的電流密度，并能使陽離子雜亂移動而活躍起來，當膜-溶液界面的電場達到某一臨界值時就發(fā)生點蝕。(2)吸附理論：點蝕的發(fā)生是由于氯離子和氧的競爭吸附結果而造成的。當金屬表面上氧的吸附點被氯離子所替代時，就發(fā)生點蝕。2. 孔蝕的機理編輯ppt鋁合金蝕孔的成長編輯ppt2.2 Development of pits 孔蝕的發(fā)展2.2.1 閉塞電池的形成 陽極反應：陰極反應： 總的反應： 2.2.2閉塞電池的自催化( Autocatalytic )過程 隨著腐蝕的發(fā)展，蝕孔內Al3+濃集，為了保持電中性而受到正離子的吸引，Cl-等向孔內遷移、富集；Cl-發(fā)生水解反應，并使蝕孔內溶液酸化，溶液的酸化又進一

19、步加速了腐蝕的發(fā)展。2. 孔蝕的機理編輯ppt隨著孔蝕的發(fā)展，蝕孔的加深，也會發(fā)生孔蝕不斷減速最終停止發(fā)展的現(xiàn)象。“環(huán)狀陽極極化曲線” 在孔蝕電位Vbr以上，孔蝕會迅速發(fā)生發(fā)展； 電位在VbrVp之間，已經形成的蝕孔繼續(xù)發(fā)展，但不會產生新的蝕孔； 電位在Vp以下，則蝕孔不能發(fā)生，已形成的蝕孔停止發(fā)展，進入鈍態(tài)。3. 孔蝕的再鈍化特點編輯ppt4.1 Environmental effect 環(huán)境因素4.1.1 介質的類型4.1.2介質濃度4.1.3介質中其他陰離子的作用4.1.4介質溫度的影響4.1.5 溶液pH值的影響4.2 Metallurgical Variables 冶金因素4. 影響

20、孔蝕的因素編輯ppt5.1 改善介質條件：降低溶液中的Cl-含量，減少氧化劑，降低溫度，提高pH值等都可以減少孔蝕的發(fā)生。5.2 選用耐孔蝕的合金材料：選用奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼以及高純鐵素體不銹鋼等耐孔蝕性能好的材料。5.3 電化學保護：利用陰極保護，陰極極化使電位低于Vbr，使材料處于穩(wěn)定鈍化區(qū)。5.4 對合金表面進行鈍化處理，提高材料鈍態(tài)穩(wěn)定性。5.5 使用緩蝕劑：對封閉系統(tǒng)使用緩蝕劑最有效。用于不銹鋼的常用緩蝕劑有硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽和堿，最有效的是亞硝酸鈉。緩蝕劑的加入量要適宜。5. 防止孔蝕的措施編輯ppt1.1 定義：金屬部件在介質中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別

21、小的縫隙，使縫隙內的介質處于滯流狀態(tài)，引起縫內金屬的加速腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。1.2 形成縫隙腐蝕條件1.2.1金屬結構的連接。1.2.2金屬與非金屬間的連接。1.2.3金屬表面的沉積物，附著物。1. 縫隙腐蝕的概念四、縫隙腐蝕編輯ppt2.1發(fā)生在所有金屬與合金上，特別容易發(fā)生在靠鈍化而耐蝕的金屬與合金上。2.2介質可以是任何侵蝕性溶液，酸性或中性，而含有氯離子的溶液最易引起縫隙腐蝕。2.3與孔蝕相比，對同一種合金而言，縫隙腐蝕更易發(fā)生。在VbrVp之間的電位范圍之內，對孔蝕來講可以發(fā)展但不產生新的蝕孔；而縫隙腐蝕在該電位區(qū)域內，既能發(fā)生又能發(fā)展?？p隙的臨界電位要比孔蝕電位低。2.

22、 縫隙腐蝕的特征編輯ppt3.1 Initial stage 初期階段氧去極化腐蝕在縫隙內、外均勻進行。因滯流關系，氧只能以擴散的方式向縫內傳遞，使縫內的氧消耗后難以得到補充，氧還原反應很快便終止。而縫外的氧隨時可以得到補充，所以氧化還原反應繼續(xù)進行。縫內、外構成了宏觀的氧濃差電池。 3.2 Later stage 后期階段閉塞電池的形成標志著腐蝕進入發(fā)展階段。此時縫內金屬陽離子便難以擴散、遷移出外，隨著Fe2+、Fe3+的積累，縫內造成正電荷過剩，促使縫外的Cl-遷移如內以保持電荷平衡。金屬氯化物的水解使縫內介質酸化，pH值下降，因此加速了陽極的溶解。陰極的加速溶解又引起更多的Cl-遷入，氯

23、化物的濃度又增加，氯化物的水解又進一步加劇了介質的酸化，這樣，便形成一個自催化過程，使縫內金屬的溶解加速進行下去。 總之：氧濃差電池的形成，對腐蝕的開始起促進作用。但蝕坑深化和發(fā)展是從形成閉塞電池開始的，所以酸化自催化作用是造成腐蝕加速的根本原因。3. 縫隙腐蝕的機理編輯ppt碳鋼在中性海水中的縫隙腐蝕示意圖編輯ppt4.1 腐蝕發(fā)生的條件孔蝕起源于金屬表面的孔蝕核，縫隙腐蝕起源于金屬表面的特小縫隙。前者必須在含活性陰離子的介質中才會發(fā)生，后者即使在不含陰離子的介質中亦能發(fā)生。4.2 腐蝕過程孔蝕是通過腐蝕逐漸形成閉塞電池，然后才加速腐蝕的，而縫隙腐蝕由于事先已有縫隙，腐蝕剛開始便很快形成閉塞

24、電池而加速腐蝕。4.3 發(fā)生的難易程度縫隙腐蝕比孔蝕更容易發(fā)生，在Vbr 區(qū)間，對孔蝕來說，原有的蝕孔可以發(fā)展，新的蝕孔不會產生。對縫隙腐蝕，除已形成的蝕坑可以擴展外，新的蝕坑仍會發(fā)生。4.4從腐蝕形態(tài)來看孔蝕的蝕孔窄而深，縫隙腐蝕的蝕坑相對廣而淺。4. 孔蝕與縫蝕的異同點編輯ppt5.1 Geometric shape 幾何形狀5.2 Environmental factors 環(huán)境因素5.2.1溶液中氧的濃度5.2.2腐蝕液的流速5.2.3溫度的影響5.2.4 pH值5.2.5溶液中Cl-的濃度5. 影響縫隙腐蝕的因素編輯ppt6.1 合理的結構設計6.2 電化學保護6.3 應用緩蝕劑6.

25、4 及時清理金屬表面的非金屬沉積物6. 防止縫隙腐蝕的措施編輯ppt防止縫隙腐蝕的措施編輯ppt編輯ppt1. 沿晶腐蝕的概念腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界或其它的鄰近區(qū)域發(fā)展，晶粒本身腐蝕很輕微，這種腐蝕便稱為沿晶腐蝕，又叫作晶間腐蝕。五、沿晶腐蝕編輯ppt2. 沿晶腐蝕的機理2.1 沿晶腐蝕的原因內因：金屬或合金本身晶粒、晶界化學成分的差異，導致其電化學性質不同，從而具有沿晶腐蝕的傾向。外因：腐蝕介質能夠顯示晶粒、晶界的電化學性質不均勻性，在由介質與金屬所決定的腐蝕體系中，晶界的溶解電流密度遠大于晶粒本身的溶解電流密度時，便可產生沿晶腐蝕。2.2 The Theory of Impoveri

26、shment 貧化理論由于晶間析出新相，造成晶界區(qū)某一成分的貧化，在腐蝕介質中形成以晶界區(qū)為陽極、晶粒本體為陰極的腐蝕電池，晶界處的金屬腐蝕溶解，引發(fā)沿晶腐蝕。 1Cr18Ni9Ti 450880 (Fe、Cr)23C6 Cr12% 編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt2.3 The theory of selective dissolution of impurity or second phase in grain boundary 晶界區(qū)雜質或第二相選擇性溶解理論晶界的雜質或沿晶分布的第二相優(yōu)先發(fā)生腐蝕溶解，或者第二相本身就構成了腐蝕電池，其中某一組分發(fā)

27、生了選擇性溶解，導致沿晶腐蝕。該理論較好地解釋了超低碳不銹鋼相沿晶析出腐蝕及MgZn2、Mg5Al8等的沿晶腐蝕機理。編輯ppt3. 幾種特殊形式的沿晶腐蝕3.1 Denudation 剝層腐蝕又叫剝蝕、層蝕，指具有沿晶腐蝕傾向的材料經軋制或鍛壓加工后，在一定的腐蝕條件下，沿著與表面平行的晶界方向發(fā)生的沿晶腐蝕。3.2 Weld decay 焊縫腐蝕具有沿晶腐蝕傾向的材料，在焊接的熱影響區(qū)內有的部位恰好處在析出沉淀相的敏感溫度范圍之中，在腐蝕介質的作用下，這一部位就會發(fā)生沿晶腐蝕，這種腐蝕又稱焊縫腐蝕。3.3 Knife-Line Attack 刀線腐蝕刀線腐蝕是穩(wěn)定化不銹鋼經焊接并再次加熱后

28、，在緊鄰焊縫兩側幾個晶粒寬的狹窄范圍內發(fā)生的沿晶腐蝕，因形似刀刃而得名。編輯ppt4. 沿晶腐蝕的控制措施4.1 Employing high-temperature solution heat treatment ( Solution quenching ) 重新固溶處理4.2 Adding elements that are strong carbide formers ( called stabilizers ) 穩(wěn)定化處理4.3 Utilizing extra-low-carbon stainless steel 采用超低碳不銹鋼4.4 Utilizing Double-phase S

29、tainless steel 采用雙相鋼編輯ppt1. 應力腐蝕開裂的概念Stress-corrosion Cracking (SCC) refers to Cracking caused by the simultaneous presence of tensile stress and specific corrosive medium. 應力腐蝕開裂簡稱應力腐蝕，它是在拉應力和特定的腐蝕介質共同作用下發(fā)生的金屬材料的破斷現(xiàn)象。2. 應力腐蝕產生的條件2.1 Certain tensile stress 一定的拉應力2.2 Sensitive Materials 敏感材料不銹鋼、高強鋼、C

30、u、Al、Ti合金等；材料的強度水平越高，越易發(fā)生應力腐蝕。2.3 Specific Environment 特定環(huán)境六、應力腐蝕開裂編輯ppt3. 應力腐蝕開裂的特征3.1 應力腐蝕開裂的幾個階段3.1.1 裂紋萌生期：由腐蝕引起裂紋或坑蝕階段。3.1.2 裂紋穩(wěn)定擴展期：裂紋成核后直至發(fā)展到臨界尺寸所經歷時間。3.1.3 裂紋的失穩(wěn)擴展期：裂紋達到臨界尺寸后，由純力學作用裂紋失穩(wěn)導致斷裂。3.2 應力腐蝕裂紋特點應力腐蝕裂紋有沿晶型、穿晶型和混合型三種類型應力腐蝕裂紋的主要特點是：裂紋起源于表面；裂紋的長寬不成比例，相差幾個數(shù)量級；裂紋擴展方向一般垂直于主拉應力方向；裂紋一般呈樹枝狀。3.

31、3 裂紋斷口應力腐蝕斷裂從宏觀上屬于脆性斷裂，在斷裂面微觀尺度上可觀察到明顯的塑性流變的痕跡。由于腐蝕介質的作用，斷口表面顏色暗淡，顯微斷口上往往可見腐蝕坑及二次裂紋。編輯ppt編輯ppt4. 應力腐蝕開裂機理4.1 陽極溶解理論裂紋尖端的應力集中使晶界、滑移帶、相界面等處產生變形，或者將裂紋拉開，使之成為新的活性陽極，形成裂紋尖端大陰極小陽極的閉塞腐蝕電池，由于閉塞電池的自催化作用使裂紋前沿具有非常大的溶解速度。4.2 膜破裂理論腐蝕產物膜在應力作用下引起破壞、裸露出活性金屬基體，與膜未破裂處構成大陰極小陽極的腐蝕電池。4.3 氫脆理論強調氫在應力腐蝕中起著重要的作用，裂紋尖端溶液酸化，氫離

32、子濃度提高，在裂紋尖端微陰極上被還原以后，變成吸附氫原子向金屬內部擴散，使裂尖區(qū)脆化，張應力使裂尖區(qū)脆斷，促進裂紋擴張，等等。編輯ppt應力腐蝕開裂模型編輯ppt5.應力腐蝕開裂影響因素及防止措施5.1 合理選材5.2 控制應力分布5.3 控制腐蝕介質5.4 電化學保護編輯ppt1. 腐蝕疲勞的概念金屬在腐蝕介質和交變應力共同作用下引起的破壞為腐蝕疲勞。2.腐蝕疲勞的特點2.1腐蝕疲勞沒有材料與介質之間明確限定的組合關系，可以在大多數(shù)水溶性介質中發(fā)生。2.2疲勞腐蝕無下限臨界應力值。2.3 腐蝕疲勞裂紋多為穿晶型，斷口疲勞區(qū)有腐蝕產物。2.4 腐蝕疲勞不受電位區(qū)段的限制，可以在活化區(qū)也可以在鈍

33、化區(qū)發(fā)生。七、腐蝕疲勞編輯ppt3. 腐蝕疲勞機理一般認為，金屬在交變應力的作用下，某些部位先產生塑性變形，造成表面電化學性質的不均勻，形成腐蝕電池。金屬應變部位為陽極而未變形處為陰極，陽極腐蝕生成微裂紋，裂紋在應力和腐蝕介質共同作用下沿滑移面擴展，故多產生穿晶開裂。編輯ppt4.影響腐蝕疲勞的因素4.1 Mechanics factors 力學因素(1)Stress cycle parameters 應力循環(huán)參數(shù)應力循環(huán)頻率應力不對稱系數(shù)(2)Types of corrosion loading 疲勞加載方式扭轉疲勞 旋轉彎曲疲勞 擠壓疲勞(3) Stress concentration 應

34、力集中4.2 Environmental effect 環(huán)境因素的影響 (1)Temperature 溫度：隨溫度的升高，材料的耐腐蝕疲勞性能下降，而對純疲勞性能的影響較小。 (2) Corrosive medium 介質的腐蝕性：介質的腐蝕性越強，腐蝕疲勞強度越低。編輯ppt編輯ppt4.3 材料因素的影響4.3.1 Corrosion resistance 材料的耐蝕4.3.2 Microstructure 組織結構4.3.3 Superficial state 表面狀態(tài)5. 腐蝕疲勞防止措施合理選材，降低應力，采用緩蝕劑和保護涂層及電化學保護。編輯ppt1. 磨損腐蝕的概念Erosion

35、 corrosion is the acceleration or increase in rate of deterioration or attack on a metal because of relative movement between a corrosive fluid and metal surface 磨損腐蝕是指在磨損和腐蝕的綜合作用下材料發(fā)生的加速腐蝕破壞。 摩振腐蝕、湍流腐蝕和空泡腐蝕八、磨損腐蝕編輯ppt2.摩振腐蝕定義：摩振腐蝕又叫微動腐蝕、摩擦氧化，指在有氧氣存在的氣體環(huán)境中，加有載荷的固體相互接觸的表面之間由于振動或滑動所產生的腐蝕。2.1 產生摩振腐蝕的條件

36、2.1.1 承受載荷的界面存在振動或滑動。2.1.2 載荷和相對運動使界面產生滑移和變形。2.1.3 有腐蝕介質參與作用。2.2 摩振腐蝕機理2.2.1 Wear-oxidation theories 磨損-氧化理論2.2.2 Oxidation-wear 氧化磨損理論編輯ppt氧化磨損理論示意圖磨損氧化理論示意圖編輯ppt2.3 防止措施2.3.1 增大載荷，使組合件的接觸面之間不產生振動或滑動。2.3.2 選用耐磨材料或鍍覆合適的耐磨層。2.3.3 改善摩擦條件，如環(huán)境中除氧，加入潤滑劑或還原劑。編輯ppt3. Turbulence Corrosion 湍流腐蝕3.1 湍流腐蝕的概念又叫沖

37、擊腐蝕（沖蝕），指腐蝕性流體與金屬表面間相互運動而引起的金屬的加速腐蝕。3.2 影響因素金屬或合金的性質腐蝕介質的性質其它腐蝕形式的共同作用3.3 湍流腐蝕的防范措施3.3.1 合理選材3.3.2 正確設計3.3.2 優(yōu)化介質編輯ppt4. Cavitation corrosion 空泡腐蝕 空泡腐蝕又稱空蝕、汽蝕，是沖擊腐蝕的一種特殊形式。其產生的原因是流體高速運動時產生的湍流、氣泡和空腔，氣泡和空腔高速形成并破滅，在其破滅的瞬間產生極大壓力，破壞了金屬表面保護膜，使金屬受到強烈的破壞。 汽蝕的過程：在金屬表面膜上形成氣泡；氣泡破滅使膜破壞；暴露出的金屬基體腐蝕并重新成膜；在該處容易形成新的

38、汽泡；汽泡破滅，膜再次破壞；裸區(qū)腐蝕并重新成膜。該過程反復進行，造成嚴重的汽蝕。編輯ppt九、垢下腐蝕在石化裝置敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于水質不穩(wěn)定、濃縮倍數(shù)的增加以及塵土粒子沉積等往往導致結垢。垢下腐蝕是由于溶解氧在冷卻水中的濃度大于垢空隙或垢下溶液中的濃度而形成氧濃差電池所產生的電化學腐蝕。顯然，在氧濃度大的水相中碳鋼表面為陰極，而垢下碳鋼表面為陽極。溶液中氧含量越高，則越易發(fā)生垢下腐蝕，出現(xiàn)大小不等的麻坑，嚴重時向深處發(fā)展直至穿孔。編輯ppt第2-4節(jié) 化工設備腐蝕防護技術一、合理選用耐蝕材料二、正確的防腐結構設計三、合理的工藝防腐四、正確的加工制造五、表面保護技術六、電化學保護七、石

39、油化工生產中腐蝕科學技術的發(fā)展動向編輯ppt一、合理選用耐蝕材料1.滿足使用性能 要判明載荷的類型和大小； 要分析工作環(huán)境(包括開、停車)和介質腐蝕性，影響腐蝕的介質因素有成分、濃度、雜質、溫度、壓力、pH值、氧化劑、含水量、流速、腐蝕產物或膜、緩蝕劑等，要根據腐蝕環(huán)境考慮全面腐蝕的程度和局部腐蝕的可能性； 分析材料對環(huán)境是否有有害反應； 分析對材料特殊物理、化學性能的要求； 部件要有一定的強度、塑性、沖擊韌性和耐熱性等。2.有較好的加工工藝性能 應考慮包括鑄造、塑性加工(包括冷、熱加工)、焊接、機械加工、熱處理等加工工藝性能，也需考慮加工工藝對腐蝕的影響。3.經濟性 編輯ppt編輯ppt4.

40、煉油廠典型腐蝕環(huán)境選材4.1 石油化工廠用材范圍 碳鋼、鑄鐵、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鋁及鋁合金、銅合金、純鈦、鉛和鉛合金、鎳及鎳合金、塑料、橡膠及玻璃鋼等。4.2 煉油廠典型腐蝕環(huán)境設備選材 (1)高溫硫腐蝕：Cr不銹鋼或l8-8不銹鋼。 (2)高溫H2S+H2介質：視不同場合可選Cr5Mo、Cr9Mo和0Cr13、321、347等不銹鋼。 (3)連多硫酸應力腐蝕開裂：選用加Ti或Nb穩(wěn)定化不銹鋼 (4)t220高酸值原油：Cr9Mo、304L、Cr13、316、317不銹鋼 (5)H2S+H20系統(tǒng)：中石化公司已規(guī)定H2S50mg/kg和焊縫硬度HB200時，嚴禁用高強鋼(b540MPa

41、)，并應選低Mn(1.60)低S(0.005)的鋼。 (6)氫腐蝕：視不同氫分壓和溫度分別選碳鋼，0.5Mo鋼或不同鉻鉬鋼。 (7)晶間腐蝕：應選用穩(wěn)定化型或超低碳不銹鋼、雙相不銹鋼或高鎳奧氏體不銹鋼和合金，例如 Cr25Ni5Mo3N和00Cr20Ni25Mo4.5Cu。編輯ppt二、正確的防腐結構設計1.設計外型盡量簡單，盡可能避免易引起腐蝕的易積存、濃縮腐蝕介質的死角、縫隙、接頭等。易積水部位應考慮設計排水口、通風孔。2.盡可能避免用異種金屬材料直接組合以防電偶腐蝕。3.要避免流體通路截面的急劇變化以防嚴重的渦流和湍流。在沖刷嚴重部位可適當增加材料厚度或作襯里層或安裝防沖擋板。 4.加強

42、整體保溫以防冷凝液造成的露點腐蝕。5.要考慮足夠的撓度以防由于熱膨脹、振動和工作時造成的應力。要盡量減少結構的應力集中，并用熱處理或噴丸等消除殘余應力。對含氯離子或H2S的溶液尤其應注意消除應力熱處理。6.結構要避免形成溶液濃差區(qū)，或形成局部高溫區(qū)以免產生電化學腐蝕。編輯ppt3.1 開停工保護(1)對高溫高壓設備，升溫應緩慢。如為防止高溫臨氫系統(tǒng)的低溫氫脆問題，在開、停工過程中，臨氫裝置應先升溫、后升壓；先降壓、后降溫。(2)為防止奧氏體不銹鋼連多硫酸應力腐蝕開裂，對加氫裂化、加氫精制、催化重整及脫硫等裝置應注意： 系統(tǒng)降壓后，在溫度冷到金屬表面露點之前，用含5000mg/m3氨的惰性氣體吹

43、掃； 停工期間對不需打開的設備和管線充氨-氮等惰性氣體加以保護； 清掃和檢查前應用濃度為l.52.0的Na2CO3或NaOH溶液沖洗設備內表面。堿洗后還應用水沖洗掉全部NaOH，以防開工時出現(xiàn)開裂。(3)為防止腐蝕和腐蝕產物堵塞，對酸性水汽提等裝置，開工時設備和工藝管線應用蒸汽或氮氣或工業(yè)水置換設備內的空氣；停工時則用工業(yè)水切換原料污水并沖洗設備。三、合理的工藝防腐編輯ppt3.2 運行中保護(1)一脫四注。這是煉油裝置低溫HCl-H2S-H2O部位常采用的工藝防腐方法，即指原油深度電脫鹽、脫鹽后原油注堿、塔頂餾出線注氨(或胺)、注緩蝕劑、注水。 (2)控制介質pH值。例如在催化重整裝置中，抽

44、提溶劑在長時間運行過程中會生成有機酸，使貧溶劑呈酸性而加劇腐蝕。應在循環(huán)水罐中加入單乙醇胺以控制pH值在79。在脫硫裝置中要在循環(huán)冷卻水的泵入口處注入氨水溶液以控制pH7。(3)控制操作溫度和介質濃度。例如酸性水汽提裝置塔頂溫度應控制大于82，以防氣體冷凝物腐蝕和NH4HS的堵塞。適當降低酸性汽提塔的汽提深度，使H2S氣體中NH3的濃度降低，可減少NH4HS、NH4HCO3或氨基甲酸銨造成的腐蝕。(4)控制介質中雜質或有害組分。三、合理的工藝防腐編輯ppt4.1 焊接(1)在濕H2S環(huán)境中運行的設備，為防止應力腐蝕開裂，在采用埋弧焊時，必須用熔融焊劑而不用陶瓷型焊劑。所有碳鋼設備和管線應焊后進

45、行熱處理以消除殘余應力，控制焊縫區(qū)和熱影響區(qū)硬度HB200。(2)加氫裝置中應避免鉻鉬鋼和奧氏體不銹鋼的焊接，或鉻鉬鋼母材采用奧氏體焊條而不進行焊后熱處理。因鉻鉬鋼如未經消除應力處理，則焊后冷卻中產生的不穩(wěn)定淬火組織，在操作溫度下會析出滲碳體，使抗氫性能大大下降。 (3)在非臨氫介質中用奧氏體焊條焊接碳素鋼、鉻鉬鋼(包括異種鋼焊接)時，為防止奧氏體不銹鋼產生晶間腐蝕，焊接接頭最高工作溫度不應超過規(guī)定溫度。如超過則不應使用奧氏體不銹鋼，焊前仍應預熱。(4)為減少廢熱鍋爐管束與管板間熱阻和腐蝕，其連接應采用貼脹加強度焊。 4.2.熱處理 對鉻鎳奧氏體不銹鋼設備熱處理時，千萬不要在450850溫度范

46、圍內長時間加熱，以免碳化物析出而造成晶間腐蝕。4.3保護性襯里的施工 除一般橡膠襯里、玻璃鋼襯里、硬PVC施工應遵循有關施工規(guī)范外，對熱噴涂應根據施工環(huán)境制定方案。四、正確加工制造編輯ppt1.滲鍍滲鋁；滲鉻；滲硅。2.涂層涂層是一種常用的有效的防腐技術。有機耐蝕涂層在石化企業(yè)的主體設備，如各類塔、換熱器管線及各類貯罐等有廣泛的應用。3.化學鍍化學鍍是不用外加電源而利用還原劑將溶液中的金屬離子還原并沉積在具有催化活性的物體表面上，使之成為金屬鍍層的工藝方法?；瘜W鍍鎳有如下優(yōu)點：不需外加直流電源；鍍層致密，孔隙率低；不存在電力線分布不均勻的影響，對幾何形狀復雜的部件也可施鍍；可在金屬、非金屬、半

47、導體等多種基體上施鍍；耐高溫、傳熱好、耐蒸汽吹掃；所鍍得的非晶態(tài)Ni-P合金有優(yōu)良耐蝕性、耐磨性、導電性和一定抗垢能力。鍍層維氏硬度可達700，甚至9001000。4.襯層4.1金屬襯里。4.2非金屬襯里。5.熱噴涂6.搪瓷五、表面防護技術編輯ppt六、電化學保護1.定義 電化學保護是根據金屬腐蝕的電化學原理，將被保護金屬的電位移至免蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以降低腐蝕速度，對金屬實施保護的方法?？煞譃殛帢O保護和陽極保護兩種編輯ppt2.陰極保護 陰極保護就是使被保護的金屬電位負移，發(fā)生陰極極化，成為電化學體系中的陰極從而受到保護的電化學保護的方法。外加電流陰極保護法 Cathodic protection by an external power supply犧牲陽極陰極保護法 Cathodic protection by sacrificing anode編輯ppt編輯ppt2. Cathodic protection 陰極保護 2.1 陰極保護原理金屬之所以發(fā)生腐蝕是因為它們作為腐蝕電池的陽極發(fā)生陽極反應，失去電子而成為金屬離子，如果設法使電流流入金屬（電位變負），金屬腐蝕溶解的陽極過程就會受到抑制