地下金屬管道防腐技術(shù)ch2s-1009

1第一章金屬腐蝕基本原理第二節(jié)局部腐蝕2本節(jié)主要內(nèi)容概述（局部腐蝕與全面腐蝕的比較）油氣儲運(yùn)系統(tǒng)常見局部腐蝕類型

1.縫隙腐蝕

2.點(diǎn)腐蝕（孔蝕）

3.晶間腐蝕

4.應(yīng)力腐蝕

5.腐蝕疲勞3局部腐蝕與全面腐蝕的比較：金屬腐蝕按腐蝕形態(tài)分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類

腐蝕分布于金屬整個表面，使金屬變薄。腐蝕電池的陰、陽極面積小，難于區(qū)分，且位置變換不定。電極面積：陽極面積＝陰極面積。電位：陽極電位＝陰極電位＝腐蝕電位。

腐蝕產(chǎn)物可能對金屬有保護(hù)作用。腐蝕速度易測，工程上可預(yù)測和預(yù)防。全面腐蝕（均勻腐蝕）特點(diǎn)：一、概述4腐蝕僅局限或集中在金屬的某一特定部位，常以點(diǎn)狀、坑、裂紋、溝槽等形式出現(xiàn)。局部腐蝕特點(diǎn)：陽極和陰極區(qū)是截然分開的，可加以區(qū)分和辨別電極面積：陽極面積<<陰極面積電位：陽極電位<陰極電位腐蝕產(chǎn)物：無保護(hù)作用局部腐蝕難于預(yù)測和預(yù)防，常突然發(fā)生破壞，造成事故和人身傷亡5管道局部腐蝕圖片（1）（2）（3）（4）6項(xiàng)目全面腐蝕局部腐蝕1.腐蝕形貌腐蝕分布在整個金屬表面上腐蝕集中在一定區(qū)域2.腐蝕電池陰、陽極不可辨別陰、陽極可以分辨3.電極面積陽極面積＝陰極面積陽極面積<<陰極面積4.電位陽極電位＝陰極電位＝腐蝕電位陽極電位<陰極電位5.腐蝕產(chǎn)物可能對金屬有保護(hù)作用無保護(hù)作用6.危害性可預(yù)測和預(yù)防難于預(yù)測和預(yù)防全面腐蝕與局部腐蝕對比表7局部腐蝕的分類按照金屬發(fā)生局部腐蝕時的條件、機(jī)理或外露特征，可分為：

電偶腐蝕、縫隙腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、磨損腐蝕等學(xué)習(xí)思路：機(jī)理特征（影響因素）控制措施8概念：通俗的講，就是金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成的縫隙中存在電解質(zhì)溶液，使得縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，而產(chǎn)生的一種腐蝕類型。常發(fā)生于法蘭連接面、螺母壓緊面、管道銹層下金屬表面，是一種普通常見的局部腐蝕?？p隙腐蝕示意圖油氣儲運(yùn)系統(tǒng)常見局部腐蝕類型

1.縫隙腐蝕9縫隙腐蝕機(jī)理縫內(nèi)和縫外形成氧濃差電池縫內(nèi)金屬溶解，金屬陽離子增多，吸引縫外負(fù)離子移向縫內(nèi)。生成的金屬鹽類水解，降低縫內(nèi)PH值，加速腐蝕縫內(nèi)金屬離子進(jìn)一步過剩促使縫外負(fù)離子遷移，再次重復(fù)上述過程縫內(nèi)金屬始終處于活化狀態(tài)，更加速腐蝕初期：陽極和陰極反應(yīng)在金屬表面上均勻出現(xiàn)，縫內(nèi)氧耗盡機(jī)理：氧濃差電池與閉塞電池自催化效應(yīng)共同作用的結(jié)果。

10通過上述過程總結(jié)得到：

閉塞電池是指由于閉塞的幾何條件（縫隙、孔蝕、裂紋）造成溶液的停滯狀態(tài)，使物質(zhì)的遷移困難，結(jié)果使閉塞區(qū)內(nèi)腐蝕條件強(qiáng)化，閉塞區(qū)內(nèi)外電化學(xué)條件形成很大的差異，閉塞區(qū)內(nèi)金屬表面發(fā)生活性溶解腐蝕，使孔蝕和縫隙腐蝕以很大的速度擴(kuò)展。閉塞電池的概念11縫隙腐蝕影響因素不同金屬材料耐縫隙腐蝕的性能不同

縫隙腐蝕的速率和深度與縫隙大小關(guān)系密切，一般在一定限度內(nèi)縫隙愈窄，腐蝕愈大。

縫隙外部面積大小也會影響其速率，外部面積愈大，縫內(nèi)腐蝕愈嚴(yán)重。溶液中氧氣的含量、的多少、溶液pH值和溫度等對縫隙腐蝕速率都有影響

溶液的流速對縫隙腐蝕大小也有影響，但要具體分析討論：什么情況下腐蝕速度增加，什么情況腐蝕速度減??？12在設(shè)備、部件的選材上，采用耐縫隙腐蝕的材料，如高鉬鉻鎳不銹鋼等。在設(shè)備、部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)盡量避免形成縫隙和積液的死角區(qū)。若在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不可能采用無縫隙方案，亦也要使結(jié)構(gòu)能夠妥善排流，以便在出現(xiàn)沉積物能及時清除。螺釘接合結(jié)構(gòu)中可采用低硫橡膠墊片，不吸水的墊片。如果縫隙難于避免，則采用陰極保護(hù)。縫隙腐蝕的控制13用焊接代替鉚接和螺紋聯(lián)接不良不良較好較好不良（螺紋聯(lián)接）良（釬焊）14

不良較好(角焊)最好(對接焊)不良(間斷焊)良(連續(xù)焊)選擇焊接工藝，避免縫隙15不良（墊片空缺）良（墊片平齊）不良（墊片突出）良（墊片平齊）最好（“O”型密封圈）墊片的尺寸要適宜16環(huán)狀肋條防止冷凝液流入法蘭連接縫隙區(qū)可更換的分支管墊片套筒分支管設(shè)計(jì)使電解液不能浸透墊片，分支易于更換保持法蘭連接區(qū)干燥17管板2.8mm?25.43.2mm容器壁支管熱電偶套管焊接部位適當(dāng)加大熱電偶套管和支管管壁的間隙，避免液體停滯加大管子和管板的間隙增大間隙尺寸，消除閉塞自催化條件18貯罐貯罐裙邊工字鋼梁混凝土底座良混凝土底座貯罐的支承不良19混凝土底座墊板，連續(xù)密封焊鞍形支座良最好混凝土底座水平容器的支承20油氣儲運(yùn)系統(tǒng)常見局部腐蝕類型

2.點(diǎn)腐蝕概念：點(diǎn)腐蝕（孔蝕）是指腐蝕集中于金屬表面的很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的孔狀腐蝕形態(tài)。蝕孔的最大深度與按失重計(jì)算的金屬平均腐蝕深度之比值稱為點(diǎn)蝕系數(shù)，點(diǎn)蝕系數(shù)愈大表示點(diǎn)蝕愈嚴(yán)重。21點(diǎn)腐蝕機(jī)理初期：介質(zhì)中的活性陰離子吸附在金屬表面，破壞氧化膜形成鈍化/活化電池由于腐蝕電流很大，金屬表面腐蝕出現(xiàn)小孔孔內(nèi)金屬溶解，金屬陽離子增多，吸引孔外負(fù)離子移向縫內(nèi)。生成的金屬鹽類水解，降低孔內(nèi)PH值，加速腐蝕孔內(nèi)金屬離子進(jìn)一步過剩促使孔外負(fù)離子遷移，再次重復(fù)上述過程孔內(nèi)金屬始終處于活化狀態(tài)，更加速腐蝕氧化膜的缺陷及活性離子的存在是引起點(diǎn)蝕的主要原因22點(diǎn)腐蝕特點(diǎn)易于生成氧化膜的金屬材料表面容易發(fā)生深的點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕隨著活性陰離子濃度加大而加速。點(diǎn)腐蝕發(fā)生于有特殊離子的介質(zhì)中，如不銹鋼對含有鹵素離子特別敏感。腐蝕發(fā)生在某一臨界電位以上，該電位稱為點(diǎn)蝕電位（或擊穿電位）。23縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕的比較思考：縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕有哪些異同點(diǎn)？相同點(diǎn)：兩者在成長階段的機(jī)理是很一致的．都是以形成閉塞電池為前提不同點(diǎn)：

1.形成過程上有所不同：縫隙腐蝕：腐蝕前就存在縫隙，腐蝕一開始就是閉塞電池作用。點(diǎn)腐蝕：通過腐蝕過程形成蝕坑，而后開始閉塞電池作用，加速腐蝕3.與點(diǎn)蝕相比較，對同一種金屬而言，縫隙腐蝕更易發(fā)生4.腐蝕形態(tài)上有所不同：

縫隙腐蝕較廣而淺，點(diǎn)腐蝕較窄而深。2.點(diǎn)腐蝕發(fā)生需要活性離子(如Cl-

離子)，縫隙腐蝕則不需要，24研制和選擇耐點(diǎn)蝕的合金，如在奧氏體不銹鋼中添加一定的氮或提高鉬的含量即可改善耐點(diǎn)蝕的性能。降低介質(zhì)中氯離子及氧化劑的含量，并使其濃度均勻。加入緩蝕劑。降低介質(zhì)溫度。用陰極保護(hù)方法使金屬的電極電位低于臨界點(diǎn)蝕電位。點(diǎn)腐蝕的防止措施25油氣儲運(yùn)系統(tǒng)常見局部腐蝕類型

3.晶間腐蝕概念：是一種由微電池作用而引起的局部破壞現(xiàn)象，是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕。腐蝕特征：在表面還看不出破壞時，晶粒之間已喪失了結(jié)合力，失去金屬聲音，嚴(yán)重時只要輕輕敲打就可破碎，甚至形成粉狀。

實(shí)例：不銹鋼焊件在其熱影響區(qū)容易引起對晶間腐蝕的敏化。例如煉油廠儲罐內(nèi)安裝的不銹鋼浮球（計(jì)量裝置部件，材質(zhì)為1Cr13），在腐蝕介質(zhì)的作用下，該球焊縫附近處發(fā)生晶間腐蝕

261Cr18Ni9不銹鋼晶間腐蝕金相圖像

1Cr18Ni9不銹鋼晶間腐蝕掃描電鏡圖像

27晶間腐蝕產(chǎn)生條件：（1）晶粒和晶界區(qū)的組織不同，因而電化學(xué)性質(zhì)存在顯著差異?！獌?nèi)因（2）晶粒和晶界的差異要在特定的環(huán)境下才能顯露出來。（如受熱（如敏化處理）、受力（冷加工形變）等）

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28概念：

1.應(yīng)力腐蝕：由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過程。

2.應(yīng)力腐蝕開裂：金屬在應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)協(xié)同作用下引起的開裂（或斷裂）現(xiàn)象，簡稱SCC，是埋地管道腐蝕事故的主要破壞形式之一

油氣儲運(yùn)系統(tǒng)常見局部腐蝕類型

4.應(yīng)力腐蝕

分類：隨應(yīng)力狀態(tài)不同呈不同的腐蝕破壞形態(tài)，可分為：腐蝕疲勞、沖蝕或空泡腐蝕、磨蝕或摩耗腐蝕、氫致開裂29應(yīng)力腐蝕特點(diǎn)：

（1）應(yīng)力腐蝕是與環(huán)境因素、力學(xué)因素和冶金因素密切相關(guān)的。發(fā)生條件：①足夠大的靜應(yīng)力；②特定腐蝕介質(zhì)，應(yīng)力腐蝕斷裂具有高度的選擇性，只有某些金屬一介質(zhì)組合，才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂

（2）金屬在無裂紋，無蝕坑或缺陷的情況下，應(yīng)力腐蝕斷裂過程可分萌生、裂紋擴(kuò)展、失穩(wěn)斷裂三個階段

（3）宏觀上屬于脆性斷裂，即使塑性很高的材料也是如此

30發(fā)生SCC的材料－介質(zhì)系統(tǒng)31

（4）有裂紋分叉現(xiàn)象

（5）應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)有沿晶型、穿晶型和混合型，視具體合金一環(huán)境體系而定。

（6）裂紋方向宏觀上和主拉伸應(yīng)力的方向垂直，微觀上略有偏移。

（7）腐蝕體系電位的影響是應(yīng)力腐蝕所特有的現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕斷裂在三個敏感電位區(qū)最易發(fā)生32應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)示意圖

應(yīng)力腐蝕在如圖所示的陰極保護(hù)電位一活化過渡區(qū)、活化一鈍化電位過渡區(qū)，以及鈍化一過鈍化（再活化）電位過渡區(qū)容易發(fā)生33應(yīng)力腐蝕機(jī)理:

應(yīng)力腐蝕常見的機(jī)理有兩種：（1）陽極溶解：金屬表面的保護(hù)膜在應(yīng)力或活性離子的作用下易引起破壞，裸露出的基體金屬與其余表面膜構(gòu)成腐蝕電池，新鮮表面就產(chǎn)生了陽極溶解。

（2）氫致開裂：若陰極反應(yīng)析氫進(jìn)入金屬后，對SCC起了決定性或主要作用，叫做氫致開裂機(jī)理。

工程上發(fā)生的應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象以上兩種機(jī)理都存在。34氫致臺階式開裂氫鼓泡35

飛機(jī)不銹鋼液壓管中分叉的SCC裂紋36T10鋼的沿晶SCC斷口鋁合金、低碳鋼、高強(qiáng)度鋼等材料的SCC斷口為沿晶的。沿晶斷口常被輕微腐蝕或被少量腐蝕產(chǎn)物覆蓋，以致電鏡下沿晶小刻面的平面不光滑、棱角不銳利。37概念：金屬在腐蝕的環(huán)境中與交變應(yīng)力的協(xié)同作用下引起材料的破壞，稱為腐蝕疲勞。在腐蝕環(huán)境中疲勞極限不存在，即在低應(yīng)力下造成斷裂的循環(huán)次數(shù)仍與應(yīng)力有關(guān)，為了便于對各種金屬材料耐腐蝕疲勞性能進(jìn)行比較，以材料在腐蝕疲勞壽命為N時（指應(yīng)力循環(huán)N次時斷裂）的疲勞強(qiáng)度來表示腐蝕疲勞特性，該強(qiáng)度稱為名義腐蝕疲勞極限

油氣儲運(yùn)系統(tǒng)常見局部腐蝕類型

5.腐蝕疲勞注意：腐蝕疲勞同純機(jī)械疲勞的區(qū)別38腐蝕疲勞特點(diǎn)：

（1）任何金屬（包括純金屬）在任何介質(zhì)中都能發(fā)生腐蝕疲勞，即不要求特定的材料－環(huán)境組合。

（2）環(huán)境條件（腐蝕介質(zhì)條件種類、溫度、pH、氧含量等）對材料的腐蝕疲勞行為都有顯著影響。

（3）純疲勞性能與循環(huán)頻率無關(guān)，腐蝕疲勞性能與頻率有關(guān)。

（4）與應(yīng)力腐蝕破裂相比，腐蝕疲勞裂紋主要為穿晶型。

39腐蝕疲勞機(jī)理：一般是用金屬材料的疲勞機(jī)理和電化學(xué)腐蝕作用結(jié)合來說明腐蝕疲勞