第一章化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)-3

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章化工設(shè)備材料及其選擇

第三講上節(jié)回顧與聯(lián)系硬度韌性材料的物理、化學(xué)和加工工藝性材料的分類鋼材牌號的命名規(guī)則Q235A16MnVR18MnMoNb1Cr18Ni9Ti0Cr1300Cr19Ni10鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)鋼的熱處理上節(jié)回顧與聯(lián)系鋁及其合金：其鈍化性可用來制造濃硫酸設(shè)備；銅及其合金：純銅、黃銅、青銅、紫銅；鉛及其合金鈦及其合金：還可用于航空與醫(yī)療2.有色金屬1、純銅（紫銅）牌號表示法:漢語拼音：T1、T2、T3、T4。.號數(shù)越大，其雜質(zhì)含量越高，TU代表無氧銅。a、銅的特點(diǎn)：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好使用溫度：－196℃～250℃。耐醋酸、鹽酸、苛性堿。不耐硝酸、硫化氫、氨、銨鹽及氰化鉀。銅及其合金b、用途T1……T4用于動力電纜等。TU1、TU2用于真空儀表及精密儀表。TUMn用于電子管類2、黃銅Cu＋Zn（銅鋅合金）牌號：H62、H68、H80，數(shù)字表示銅含量的百分?jǐn)?shù)，其余為鋅Zn。a、特點(diǎn)強(qiáng)度比純銅高，但不耐腐蝕。若加入1％左右的錫Sn，可提高耐海水腐蝕的能力，即海軍銅HSn70－1。

b、用途換熱器及汽輪機(jī)冷凝器的管子、深冷設(shè)備的墊片。鋁及其合金Al

1、工業(yè)純鋁牌號：L2、L3、L4，在牌號前加Y表示冷作硬化鋁YL2，加M表示退火鋁ML2。a、特點(diǎn)比重輕，熔點(diǎn)低，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，低溫沖擊韌性ak值高，耐酸，不耐堿和鹽溫度：－196℃

～150℃b、用途輻射熱的反射率高達(dá)95％，不產(chǎn)生火花，在保溫上，可用于－196℃貯槽及冷箱。2、防銹鋁在鋁的基礎(chǔ)上加Mg和Mn的合金。牌號：LF2、LF3、LF5、LF11、LF21a、特點(diǎn)強(qiáng)度比純鋁高，塑性好，耐腐蝕性好，焊接性好，使用溫度：－196℃～66℃b、用途用于深冷設(shè)備熱塑性材料與熱固性材料PVCPE：HDPE、LDPEPMMAPTFE3.非金屬材料化工設(shè)備腐蝕與防腐例：油輪鋼腐蝕最大均勻腐蝕速率>0.1mm/y最大點(diǎn)蝕速率~4mm/y25℃干濕交替50℃例：油氣工業(yè)采集和輸送過程中使用大量彎頭、三通等復(fù)雜部件，其多以高溫高壓流體的沖刷腐蝕失效為主水下油氣田生產(chǎn)設(shè)施油氣田中出現(xiàn)的沖刷腐蝕失效腐蝕的定義50年代，腐蝕的定義僅指金屬的腐蝕：“在周圍介質(zhì)作用下，由于化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)或物理溶解而產(chǎn)生的金屬破壞?！?/p>

50年代后，隨著非金屬材料的發(fā)展，腐蝕定義擴(kuò)大到所有的材料:－“由于材料和它所處的環(huán)境發(fā)生反應(yīng)使材料和材料的性質(zhì)發(fā)生惡化的現(xiàn)象”－“腐蝕是由于物質(zhì)與周圍環(huán)境的作用而產(chǎn)生的破壞”非金屬材料－老化腐蝕的定義定義：腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用產(chǎn)生的損壞或變質(zhì)現(xiàn)象,包括化學(xué)、電化學(xué)與機(jī)械因素或生物因素的共同作用；根據(jù)反應(yīng)類型劃分腐蝕種類：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理溶解腐蝕腐蝕的定義包括了化學(xué)、電化學(xué)、物理學(xué)的內(nèi)容，腐蝕的發(fā)生往往與磨損、斷裂等的同時(shí)進(jìn)行；腐蝕學(xué)是交叉學(xué)科（邊緣學(xué)科），涉及到金屬學(xué)、電化學(xué)、物理化學(xué)、流體力學(xué)、固體力學(xué)等，是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。

鐵的自然循環(huán)

煉鋼礦化鐵礦石鋼鐵生銹鋼鐵熱力學(xué)－自發(fā)過程（熱力學(xué)第二定律）鐵銹金屬為何會發(fā)生腐蝕？煉鐵、煉鋼過程腐蝕過程鋼鐵礦石能級增大放出能量外加熱、電能量磁鐵礦：Fe3O4赤鐵礦：Fe2O3腐蝕是自發(fā)進(jìn)行的現(xiàn)象－向自然界的回歸腐蝕的影響1、在化學(xué)工業(yè)、煉油、石油化工、造紙等工業(yè)中，金屬腐蝕造成設(shè)備的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒的物質(zhì)泄漏，污染環(huán)境，危害人民的健康

2、每年由于腐蝕可使大約10～20％的金屬損失掉了。2003年世界的鋼產(chǎn)量達(dá)到9.625億噸，中國的鋼產(chǎn)量高達(dá)2.2億噸，美國的鋼產(chǎn)量為0.914億噸

3、世界每年腐蝕掉的鋼大于美國的鋼產(chǎn)量；中國一年就有2200萬噸鋼被腐蝕掉了，相當(dāng)于腐蝕掉一個(gè)大型鋼鐵企業(yè)的年產(chǎn)量腐蝕事故舉例1966年某天然氣井的套管發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，造成井噴和特大爆炸，人員傷亡，日產(chǎn)百萬立方米的高產(chǎn)氣井報(bào)廢。1971年某天然氣管線發(fā)生腐蝕斷裂，產(chǎn)生爆炸，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7000萬元。1985年日本的一架波音747客機(jī)，由于應(yīng)力腐蝕斷裂而墜毀，死亡500余人。1997年某化工廠18個(gè)乙烯原料儲罐由于硫化物腐蝕引起大火，停產(chǎn)半年，直接損失達(dá)2億多元，間接損失巨大。腐蝕損失調(diào)查數(shù)據(jù)材料腐蝕帶來的經(jīng)濟(jì)損失約占國民生產(chǎn)總值的1.8～4.2％左右

1975年，美國由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為700億美元，為當(dāng)年國民生產(chǎn)總值的4.2％，是當(dāng)年水災(zāi)、火災(zāi)、地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害損失（125億美元）的5倍多。我國1980年十家化工企業(yè)由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為當(dāng)年生產(chǎn)總值的3.9％，這個(gè)數(shù)值與許多國家進(jìn)行的全面腐蝕損失調(diào)查的結(jié)果大體相當(dāng)。

2002年中國工程院的調(diào)查結(jié)果表明，我國腐蝕損失（包括直接和間接損失）達(dá)到4979.2億元。國外腐蝕損失調(diào)查結(jié)果CountryDirectCostIndirectCostUSA303.76200(approximately)Japan59.02Germany49.26UK8.51Australia7.32Belgium6.75India3.78Poland3.53Canada3.38...............Global510.14940(approximately)2004年公布數(shù)據(jù)金屬（電化學(xué)）腐蝕的分類1.自然環(huán)境腐蝕（1）大氣腐蝕－最普通的腐蝕（2）土壤腐蝕－最復(fù)雜的腐蝕（3）水環(huán)境（淡水和海水）腐蝕－最苛刻的腐蝕（4）微生物腐蝕－無處不在2.工業(yè)環(huán)境腐蝕（1）在酸性溶液中的腐蝕；（2）在堿性溶液中的腐蝕；（3）在鹽類溶液中的腐蝕；（4）在工業(yè)水中的腐蝕；（5）在熔鹽中的腐蝕；（6）在液態(tài)金屬中的腐蝕（物理溶解腐蝕）按照腐蝕環(huán)境劃分金屬（電化學(xué)）腐蝕的分類1.全面腐蝕（也稱為均勻腐蝕）均勻的全面腐蝕不均勻的全面腐蝕2.局部腐蝕電偶腐蝕點(diǎn)腐蝕（孔蝕、點(diǎn)蝕）縫隙腐蝕晶間腐蝕選擇性腐蝕氫致開裂（也稱氫脆）應(yīng)力腐蝕斷裂（也稱為應(yīng)力腐蝕）腐蝕疲勞磨損腐蝕。。。。。。按照腐蝕形態(tài)劃分主要的局部腐蝕示意圖重量指標(biāo)：金屬因腐蝕而發(fā)生的重量變化，換算成相當(dāng)于單位金屬表面積于單位時(shí)間內(nèi)重量變化的數(shù)值,常用單位：mg/cm2h

深度指標(biāo)：金屬的厚度因腐蝕而減少的量，以長度單位表示，并換算成單位時(shí)間的數(shù)值，常用單位：mm/a電流指標(biāo)：用腐蝕金屬的陽極電流密度的大小，衡量金屬腐蝕速度的快慢，常用單位：mA/cm2金屬腐蝕速度的表示法1.金屬腐蝕的評定方法一般只應(yīng)用于均勻腐蝕。(1).根據(jù)重量變化來評定金屬的腐蝕(2).根據(jù)腐蝕深度來評定金屬的腐蝕金屬與介質(zhì)之間單純由化學(xué)變化所引起的腐蝕(無電流產(chǎn)生)。鈍化作用活化作用2.金屬腐蝕的分類2.1化學(xué)腐蝕2.1.1金屬的高溫氧化及脫碳防止辦法：可添加適量的合金元素如鉻、硅、鋁等。2.1.2氫腐蝕在較低的溫度和壓力下，氫氣一般對普通碳鋼不會有明顯的腐蝕，但在高溫高壓下則能使材料的機(jī)械性能和塑性發(fā)生顯著下降；在合成氨工業(yè)中，就需要特別注意氫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生；氫腐蝕分為兩個(gè)階段：氫脆階段：氫氣直接被鋼材吸附，并以原子狀態(tài)向鋼材內(nèi)部擴(kuò)散，溶解在鐵素體中形成固溶體，此時(shí)并未發(fā)生化學(xué)變化，但是鋼材顯著變脆，塑性減少。氫侵蝕階段：這時(shí)氫氣與滲碳體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

這一化學(xué)反應(yīng)常發(fā)生在晶界處，生成的甲烷氣聚集在晶界原有的微觀孔隙中，形成局部高壓，引起應(yīng)力集中，使晶界變寬，發(fā)生更大的裂紋，或在鋼材表層夾雜等缺陷中形成鼓泡，使機(jī)械性能降低。

防止辦法：降低鋼中的碳含量，使其沒有滲碳體的析出；添加合金元素，如鉻、鈦、鉬、鎢、釩等，形成穩(wěn)定的碳化物2.2電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕：有電流產(chǎn)生；電化學(xué)腐蝕發(fā)生的三個(gè)必要條件陽極過程陰極過程電子流動3.金屬腐蝕破壞的形式兩種相互接觸的不同金屬浸在腐蝕介質(zhì)中，由于存在電位差，其中電位較低的金屬往往會受到腐蝕；防止辦法：可將處于腐蝕介質(zhì)中的不同金屬連接用絕緣材料隔開。4.幾種特殊的腐蝕形式(1).電偶腐蝕(雙金屬腐蝕)避免電偶腐蝕的例子金屬在固定拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下所引起的破裂;這里所說的拉應(yīng)力,其來源可以是殘余內(nèi)應(yīng)力、也可以是構(gòu)件在使用過程中所承受的各種應(yīng)力；壓應(yīng)力不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕；使材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)不是一般的介質(zhì)，而是特定的介質(zhì)。(2).應(yīng)力腐蝕防止應(yīng)力腐蝕的辦法：合理選材、控制應(yīng)力、減弱介質(zhì)的浸蝕性、消除殘余應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。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)處于滯留狀態(tài)，從而引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。幾乎所有的金屬和合金都會產(chǎn)生縫隙腐蝕，只是對腐蝕的敏感性有所不同，不銹鋼的敏感性比碳鋼高；幾乎所有的介質(zhì)都可能產(chǎn)生縫隙腐蝕，其中以充氣的含活性陰離子(如氯離子)的中性介質(zhì)最易發(fā)生;(3).縫隙腐蝕應(yīng)盡量避免形成縫隙,采用焊接比螺栓連接好；罐體不要直接置于多孔性基底上，應(yīng)加支架或支座；設(shè)計(jì)的容器要能使液體能完全排凈；避免銳角和靜滯區(qū)。法蘭連接墊片盡可能是不吸水的，如聚四氟乙烯材料。防止縫隙腐蝕的方法: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，看上去像一片粗糙的表面，這種腐蝕形態(tài)稱為點(diǎn)腐蝕；破壞性大，而且不易發(fā)現(xiàn)；易鈍化的金屬與合金如鋁、鈦合金，在含有氯離子的介質(zhì)中很容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕；點(diǎn)腐蝕通常發(fā)生在靜滯的液體中，提高流速會減輕點(diǎn)腐蝕，如打海水的水泵如連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用很好，但一旦停止使用一段時(shí)間，就會發(fā)生點(diǎn)腐蝕；防止辦法：同縫隙腐蝕。(4).點(diǎn)腐蝕腐蝕沿著晶界和它鄰近區(qū)域產(chǎn)生和發(fā)展，而晶粒本身的腐蝕卻很輕微，這種腐蝕稱為晶間腐蝕；晶間腐蝕會使晶粒間的結(jié)合力大大削弱，嚴(yán)重時(shí)使機(jī)械性能完全喪失，如遭受晶間腐蝕的不銹鋼，表面看起來完好無損，一敲則成碎粒；防止辦法：在不銹鋼中加入鈦、鈮；采用超低碳不銹鋼，如00Cr18Ni19。(5).晶間腐蝕同時(shí)存在著腐蝕和機(jī)械磨損，兩者互相加速的腐蝕稱為磨損腐蝕；如：運(yùn)動的螺旋槳可使液體蒸汽壓降低，從而使液體蒸發(fā)成氣泡，當(dāng)?shù)揭欢ǔ潭葧r(shí)，氣泡破裂的沖擊波(可達(dá)140MPa)使金屬表面的保護(hù)膜受到破壞，加劇了腐蝕。(6).磨損腐蝕用耐腐蝕性更強(qiáng)的金屬或合金包覆在設(shè)備表面；用非金屬(如瓷磚、有機(jī)物)保護(hù)層。5.金屬設(shè)備的防腐措施

襯覆保護(hù)層

電化學(xué)保護(hù)陰極保護(hù)陽極保護(hù)在被保護(hù)金屬設(shè)備上連接一個(gè)更負(fù)的電極(強(qiáng)陽極)，促使陰極極化(犧牲陽極保護(hù))；將被保護(hù)的金屬設(shè)備與直流電源的負(fù)極相連，依靠外加陰極電流進(jìn)行陰極極化而使金屬得到保護(hù)；被保護(hù)金屬設(shè)備接陽極，形成鈍化作用；只有當(dāng)金屬在介質(zhì)中能鈍化時(shí)才能應(yīng)用，技術(shù)復(fù)雜，用得不多。

添加緩蝕劑腐蝕防護(hù)的基本途徑（1）提高金屬本身的耐蝕性：如不銹鋼、鎳基合金從材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性和控制腐蝕動力學(xué)兩個(gè)角度出發(fā)提高材料的抗蝕性；（2）改變環(huán)境（介質(zhì)處理）：降低環(huán)境的腐蝕性，如除去大氣中的SO2，在水溶液中除O2，改變?nèi)芤旱膒H值，在環(huán)境中加入緩蝕劑等；（3）采用覆蓋層：采用金屬和非金屬涂層、改變材料的表面結(jié)構(gòu)，使材料表面具有耐蝕的特性；采用襯里、防銹油、防銹紙等，將材料與腐蝕介質(zhì)隔開，腐蝕防護(hù)的基本途徑（4）采用電化學(xué)保護(hù)（電保護(hù)）：對于金屬的電化學(xué)腐蝕可通過陰極極化降低氧化反應(yīng)速度，或通過實(shí)現(xiàn)陽極鈍化來以達(dá)到防腐目的；（5）正確選材和合理設(shè)計(jì)：