材料及耐腐蝕性能一

1、材料及耐腐蝕性能(一)鑄鐵/碳鋼/低合金鋼zhao.1鑄鐵 鑄鐵是含硅的高碳鐵合金,碳含量一般大于2% , 硅含量在1% 3% 之間, 是工業(yè)最主要的鑄造材料。通常按合金化程度可分為普通鑄鐵和合金鑄鐵兩大類。普通鑄鐵又分為灰口鑄鐵 /白口鑄鐵 /球墨鑄鐵 /可鍛鑄鐵。合金鑄鐵按其用途可分為耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐磨鑄鐵。耐蝕鑄鐵有:高硅鑄鐵 /高鉻鑄鐵 /高鎳鑄鐵 2鑄鐵材料的應(yīng)用3碳鋼含碳量小于1.7% 的鐵碳合金。有低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低、中碳鋼主要用于各種鋼結(jié)構(gòu), 因此也可稱為結(jié)構(gòu)用鋼; 高碳鋼主要用來制造各種工具。4碳鋼/低合金鋼(結(jié)構(gòu)鋼)（CS ）Q245(Q235-A, Q235

2、-B, Q235-C,20G,20R,10,20) ,25,35,45（low alloy steel and structure steel)：Q345(16MnR, 15MnVR, 15MnVNR), 18MnMoNbR，13MnNiMoNbR5碳鋼/低合金鋼6碳鋼/低合金鋼沖擊功7碳鋼/低合金鋼伸長(zhǎng)率8低合金鋼合金元素總量小于3.5% 的合金鋼叫低合金鋼。耐蝕低合金鋼主要有 耐大氣腐蝕; 耐海水腐蝕; 耐硫酸露點(diǎn)腐蝕; 耐硫化物腐蝕; 抗氫鋼等低合金鋼。9表1 常用碳鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能10鍋爐和壓力容器用鋼板11化學(xué)成分12力學(xué)性能13力學(xué)性能14鋼在蒸汽系統(tǒng)的腐蝕蒸汽系統(tǒng)的設(shè)備所接

3、觸的介質(zhì)是鍋爐給水、干濕蒸汽、冷凝液。通常, 鍋爐給水需經(jīng)過嚴(yán)格的處理, 包括脫鹽、脫氧(使氧在低壓鍋爐中減少到0.03m g/L , 在高壓鍋爐中減少到0.005 m g/L )。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn), 在蒸汽系統(tǒng)中, 碳鋼(C0.30) , 溫度400,使用壽命可達(dá)25 30a。 15鋼在蒸汽系統(tǒng)的使用范圍根據(jù)鋼在蒸汽系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，各種鋼的使用范圍：(1) 碳鋼（C0.35）：溫度400。(2) 碳-鉬鋼（C0.25，Mo0.5）：溫度450，耐蝕。(3) 鉻-鉬鋼 1(1/4) Cr Mo鋼:溫540， 2(1/4) Cr Mo鋼:溫570，耐蝕，并 可用于焊接結(jié)構(gòu)。16鋼在酸溶液中的

4、腐蝕一般來說, 碳鋼在酸溶液中是不耐腐蝕的。 氫氟酸: 低碳鋼在室溫低濃度的氫氟酸中腐蝕很快; 當(dāng)濃度達(dá)到70% 時(shí), 低碳鋼則可安全使用, 在無水氫氟酸中, 碳鋼極為耐蝕。 硫酸: 低碳鋼在稀硫酸中是不耐蝕的; 在78% 98% 的硫酸和發(fā)煙硫酸中, 低碳鋼被廣泛用來制造貯槽、管線、槽車等設(shè)備。由于濃硫酸具有吸濕性，暴露于濕空氣中會(huì)“自稀釋”。當(dāng)濃硫酸貯槽放空后，會(huì)因壁上的硫酸膜稀釋引起腐蝕加速。17硫酸露點(diǎn)腐蝕采用高硫重油或煤炭作為燃料的鍋爐, 煙氣中常含有SO2 或SO3。在鍋爐的低溫部位如省煤器, 空氣預(yù)熱器, 集塵器, 煙道, 煙囪等, 溫度低于硫酸氣露點(diǎn)時(shí), 由SO3 和水氣作用生

5、成的H2SO4 就會(huì)凝結(jié), 附著在設(shè)備的表面, 引起鋼材腐蝕, 這就是硫酸露點(diǎn)腐蝕。其實(shí)質(zhì)就是硫酸腐蝕。18耐硫酸露點(diǎn)腐蝕用鋼 我國(guó)研制的ND鋼（09CrCuSb）最突出的特點(diǎn)是具有強(qiáng)的抗硫酸露點(diǎn)腐蝕的能力。ND鋼一般被用于制造省煤器、熱交換器、空氣預(yù)熱器等CSiMnCrCuSbSP0.120.200.40350.657010250.45040.100.0350.035ND鋼（09CrCuSb）的化學(xué)成分19碳鋼與低合金鋼的開裂1 鋼在堿溶液中產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕破裂2 胺腐蝕開裂破壞3 硝酸鹽腐蝕破裂 4 氨液引起碳鋼的應(yīng)力腐蝕破裂5 H2S 應(yīng)力腐蝕破裂6 碳酸鹽腐蝕破裂20鋼在堿溶液中的腐蝕鋼

6、在堿溶液中產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕破裂，簡(jiǎn)稱堿脆。在熱濃堿溶液中鋼鐵表面的保護(hù)膜會(huì)破壞，腐蝕速率變得較高。堿液通氧，存在CO2或氯化物以及提高溫度，都會(huì)加速碳鋼的腐蝕。氨水中OH濃度雖比苛性堿溶液要弱得多，各種鋼材可廣泛用于貯存和處理無水氨或氨水溶液。21鋼在堿溶液中產(chǎn)生的破裂水處理過程中加入鈉鹽，使水含有NaOH 。在縫隙和脹管端頭部位，由于水的蒸發(fā)造成堿的濃縮，使堿液濃度達(dá)到相當(dāng)高。加上應(yīng)力集中，使此處的金屬受到很高的局部應(yīng)力。堿液的溫度高也促使鋼應(yīng)力腐蝕破裂。 22鋼在堿溶液中產(chǎn)生的破裂堿脆不僅與堿的濃度有關(guān)，還與堿溶液的溫度有關(guān)。堿脆開裂主要是晶間型，也有混合型。腐蝕電位處于活化-鈍化過渡電位區(qū)

7、，在此電位區(qū)內(nèi)能造成晶界活化而晶粒本體繼續(xù)鈍化的條件，因而產(chǎn)生晶間腐蝕破裂。23堿脆的機(jī)理與影響因素24堿脆的機(jī)理與影響因素25堿脆的機(jī)理與影響因素26防止鋼產(chǎn)生堿脆的方法低碳鋼中加入鋁、鈦（0.20.7）、鈮、釩、鉻、稀土金屬（0.2以下）可以減弱甚至消除鋼對(duì)堿脆的敏感性。低碳鋼在500以上進(jìn)行保溫?zé)崽幚恚梢燥@著降低鋼在沸騰的34NaOH溶液中的堿脆敏感性。 降低操作溫度, 消除造成堿液濃縮的區(qū)域,減小金屬所受的應(yīng)力：采用合理的水處理技術(shù)和采用合適的緩蝕劑等。27胺腐蝕開裂破壞胺腐蝕開裂一般在使用烷醇胺水溶液從各種氣體中或碳?xì)浠衔镆簯B(tài)流體中去除諸如H2S或CO2等酸性氣體的胺處理裝置中觀

8、察到。裂紋主要發(fā)生在晶間，表現(xiàn)為網(wǎng)狀細(xì)小的充滿腐蝕物的裂紋。胺腐蝕開裂最常見于乙醇胺（MEA）和二異丙醇胺(DIPA)裝置中，其次出現(xiàn)在二乙醇胺（DEA）裝置中。 28胺腐蝕開裂敏感性在MEA溶液中，在開裂敏感性在15-35%濃度范圍內(nèi)較高。開裂一般發(fā)生在強(qiáng)堿且含有很低濃度的酸性氣體的貧液中,而不大可能在含有高濃度的酸性氣體的富液中出現(xiàn)開裂。在高溫下，開裂敏感性一般較高，在低溫下,發(fā)生在正常運(yùn)行但有伴熱或吹汽的設(shè)備和管道中。 29硝酸鹽腐蝕破裂 在氮肥及硝酸鹽的工廠低碳鋼在濃硝酸鹽中的開裂或斷裂的現(xiàn)象，叫作“硝酸鹽脆化”，可簡(jiǎn)稱為“硝脆”。 硝酸鹽是一種氧化劑，發(fā)生如下的總反應(yīng)：10Fe+6N

9、O3+3H2O5Fe2O3+6OH+3N2 硝脆趨勢(shì)隨著下列順序而增加: NaNO3、KNO3、LiNO3、Ca(NO3)2及NH4NO3, 這些硝鹽水解時(shí)pH下降而使硝脆趨勢(shì)增加。30碳鋼在氨液中的應(yīng)力腐蝕破裂碳鋼常用來制造液氨儲(chǔ)罐、氨水的儲(chǔ)槽和運(yùn)輸容器等。氨中的不純物對(duì)鋼的破裂有重大影響: 氨中溶解的空氣(氧) 促進(jìn)破裂, 水則是一種緩蝕劑。對(duì)儲(chǔ)氨容器, 在制造后進(jìn)行消除應(yīng)力處理, 可以把鋼的應(yīng)力腐蝕破裂危險(xiǎn)性減到最小程度。31H2S 應(yīng)力腐蝕破裂油氣中含有H2S 對(duì)鋼產(chǎn)生腐蝕常常導(dǎo)致斷裂事故。稱為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。破裂最敏感溫度為2050。 鋼材焊接后的顯微組織對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕開裂影響

10、很大。馬氏體組織最為敏感。為消除馬氏體組織的不利影響, 焊后熱處理非常重要,除高溫回火處理外, 還可采用長(zhǎng)時(shí)間的低溫回火, 或進(jìn)行二次回火。也可降低其含碳量。32濕硫化氫環(huán)境引起的開裂的復(fù)雜性濕硫化氫環(huán)境引起的開裂四種形式各有特征，但在實(shí)際的濕硫化氫環(huán)境條件下，往往是多種形式共存。在實(shí)際的失效分析工作中，上述開裂的四種形式中，更加帶有危險(xiǎn)性的開裂形式是SSCC和SOHIC。因?yàn)樗鼈兪茄刂袎喝萜骱凸艿赖谋诤穹较驍U(kuò)展的，直接減少著承壓容器和管道的承載能力。33 耐硫化物應(yīng)力腐蝕破裂用低合金鋼 上海煉油廠與江蘇興澄集團(tuán)公司聯(lián)合研制耐硫化氫應(yīng)力腐蝕08Cr2AlMo熱交換器專用無縫鋼管已經(jīng)在煉油廠使用。化學(xué)成分34鹽溶液對(duì)鋼的腐蝕鹽的電離增大了水的導(dǎo)電性，促進(jìn)孔蝕。銨鹽和三價(jià)元素鹽（如Cr3+、Fe3+）促進(jìn)腐蝕作用最大。NH4Cl 、 NaCl、Na2SO4、KNO3 溶液與鐵生成可溶性化合物使腐蝕加速；AlCl3、MgCl2能水解生成游離酸,腐蝕鋼鐵。當(dāng)鹽的正離子的正電性比鐵強(qiáng)時(shí)，例如Cu2+等可與鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使鋼鐵受到腐蝕。氧化性鹽類KSCrO4 ，KMnO4使鋼鐵鈍化：35碳酸鹽腐蝕破裂在煤的裂解過程中，出現(xiàn)含有微量或少量H2S及CN的碳酸鹽的應(yīng)力腐蝕。這種碳酸鹽引起的應(yīng)力腐蝕與堿脆和硝脆一樣，都是陽(yáng)極溶解型。(NH4)2C