壓力管道的腐蝕與防護

關(guān)于壓力管道的腐蝕與防護第1頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三目錄第一節(jié)概述第二節(jié)壓力管道的腐蝕的主要形式及機理第三節(jié)壓力管道防腐蝕的主要方法第2頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)、概述腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學、電化學或物理作用成為金屬化合物而受破壞的一種現(xiàn)象?；瘜W腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞?；瘜W腐蝕又可分為氣體腐蝕和在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。電化學腐蝕是指金屬與電解質(zhì)因發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。第3頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三腐蝕損失調(diào)查數(shù)據(jù)材料腐蝕帶來的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的1.8～4.2％左右.每年由于腐蝕可使大約10～20％的金屬損失掉了。1975年，美國由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為700億美元，為當年國民生產(chǎn)總值的4.2％，是當年水災、火災、地震、颶風等自然災害損失（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)濟損失約為當年生產(chǎn)總值的3.9％，這個數(shù)值與許多國家進行的全面腐蝕損失調(diào)查的結(jié)果大體相當。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）達到4979.2億元。第4頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三1.1金屬電化學腐蝕原理與陰陽極反應放入水或其他電解質(zhì)中有電極電位差存在

按伽凡尼電位序鉀(K)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鋁(A1)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、钖(Sn)、鋁(Pb)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉑(Pt)、金(Au)

可能導致電位差的因素不同材料、同一材料內(nèi)的化學或物理性質(zhì)不均勻（成分偏析、金相組織差異、殘余應力（焊接、冷變形））第5頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三典型的陰極反應第6頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三1.2腐蝕電池腐蝕電池的工作過程什么是腐蝕電池Zn+H2SO4=ZnSO4+H2

腐蝕電池的定義：只能導致金屬材料破壞而不能對外界作功的短路原電池。腐蝕電池的特點：腐蝕電池的陽極反應是金屬的氧化反應，結(jié)果造成金屬材料的破壞。腐蝕電池的陰、陽極短路（即短路的原電池），電池產(chǎn)生的電流全部消耗在內(nèi)部，轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，不對外做功。腐蝕電池中的反應是以最大限度的不可逆方式進行。第7頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三HCl溶液ZnCu

AKZnCuHCl溶液CuCuCuZn

(a)Zn塊和Cu塊通（b)Zn塊和Cu塊直（c)Cu作為雜質(zhì)分過導線聯(lián)接接接觸（短路）布在Zn表面

陽極Zn:Zn→Zn2++2e（氧化反應）陰極Cu:2H++2e→H2↑（還原反應）

第8頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三形成腐蝕電池的原因

金屬方面

環(huán)境方面

成分不均勻金屬離子濃度差異組織結(jié)構(gòu)不均勻氧含量的差異表面狀態(tài)不均勻溫度差異應力和形變不均勻熱處理差異第9頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三腐蝕電池的種類大電池（宏觀腐蝕電池）：指陽極區(qū)和陽極區(qū)的尺寸較大，區(qū)分明顯，肉眼可辯。微電池（微觀腐蝕電池）：指陽極區(qū)和陰極區(qū)尺寸小，肉眼不可分辨。*大電池的腐蝕形態(tài)是局部腐蝕，腐蝕破壞主要集中在陽極區(qū)。**如果微電池的陰、陽極位置不斷變化，腐蝕形態(tài)是全面腐蝕；如果陰、陽極位置固定不變，腐蝕形態(tài)是局部腐蝕。第10頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

金屬的鈍化現(xiàn)象鐵在濃硝酸中具有極低溶解速度的性質(zhì)稱為“鈍性”，相應地鐵在稀硝酸中強烈溶解的性質(zhì)叫做“活性”，從活態(tài)向鈍態(tài)的轉(zhuǎn)變叫做鈍化。*金屬的鈍化現(xiàn)象具有極大的重要性。提高金屬材料的鈍化性能，促使金屬材料在使用環(huán)境中鈍化，是腐蝕控制的最有效途徑之一。第11頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

0102030405060HNO3，%

工業(yè)純鐵（Armco）的腐蝕速度與硝酸濃度的關(guān)系，溫度25度

100005000activepassivepassivation第12頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三對于鈍態(tài)金屬來說，腐蝕發(fā)生需要滿足電位條件金屬的電位在特定的電位以上才會發(fā)生腐蝕，該電位為臨界電位、擊穿電位或點（孔）蝕電位Eb。理論陽極極化曲線回掃，又達到鈍態(tài)時對應的電位為再鈍化電位或保護電位Ep

當E>Eb時，點蝕迅速發(fā)生和發(fā)展；當Ep<E<Eb時，不產(chǎn)生新的蝕孔，已有的蝕孔可繼續(xù)發(fā)展；當E<Ep時，不發(fā)生點蝕。

Eb值越高，材料耐點蝕性能越好；

Eb與Ep越接近，表示鈍化膜修復能力越強。陽極極化曲線示意圖第13頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三鈍態(tài)的特征（1）腐蝕速度大幅度下降。（2）電位強烈正移。（3）金屬鈍化以后，既使外界條件改變了，也可能在相當程度上保持鈍態(tài)。（4）鈍化只是金屬表面性質(zhì)而非整體性質(zhì)的改變。第14頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三壓力管道腐蝕的分類a、按腐蝕機理分類：

電化學腐蝕、化學腐蝕b、按腐蝕破壞形式分類：均勻腐蝕、局部腐蝕局部腐蝕：點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、氫致開裂、氫腐蝕、腐蝕疲勞、磨損腐蝕、成分選擇性腐蝕等c、按腐蝕環(huán)境分類：高溫腐蝕、濕腐蝕、土壤腐蝕、沉淀腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕、釩腐蝕、氧腐蝕、鹽腐蝕、環(huán)烷酸腐蝕、氫腐蝕、硫化氫腐蝕、連多硫酸腐蝕、海水腐蝕、硫化氫-氯化氫-水型腐蝕、硫化氫-氫型腐蝕、硫化氫-氧化物-水型腐蝕等第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理第15頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理第16頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.1均勻腐蝕均勻腐蝕，就是在管道上較大面積的產(chǎn)生程度基本相同的腐蝕。管道內(nèi)表面遭受輸送物料的全面腐蝕；管道外壁裸露表面遭受的大氣銹蝕。第17頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三全面腐蝕與局部腐蝕的比較第18頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理遭受均勻腐蝕的管道，壁厚逐漸減薄，最后破壞。從工程的角度看均勻腐蝕并不是危害最大的腐蝕形態(tài)，因為管道在設(shè)計時可以考慮足夠的腐蝕裕度但是應該注意的是，在管道使用過程中，腐蝕速度往往因環(huán)境惡化而加?。ㄈ绯瑴?、加進腐蝕性成分介質(zhì)等），因此定期檢驗是十分有必要的，通過測厚，掌握壁厚減薄的情況。第19頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2局部腐蝕定義局部腐蝕是指金屬表面局部區(qū)域的腐蝕破壞比其余表面大得多，從而形成坑洼、溝槽、分層、穿孔、破裂等破壞形態(tài)。主要類型電偶腐蝕晶間腐蝕選擇性腐蝕縫隙腐蝕小孔腐蝕應力腐蝕磨損腐蝕氫損傷第20頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三引起局部腐蝕的原因很多：(1)異種金屬接觸引起的宏觀腐蝕電池(電偶腐蝕)。也包括陰極性鍍層微孔或損傷處所引起的接觸腐蝕。(2)同一金屬上的自發(fā)微觀電池。如晶間腐蝕、選擇性腐蝕、孔蝕、石墨化腐蝕、剝蝕(層蝕)以及應力腐蝕斷裂等。(3)由差異充氣電池引起的局部腐蝕，如水線腐蝕、縫隙腐蝕、沉積腐蝕、鹽水滴腐蝕等。(4)由金屬離子濃差電池引起的局部腐蝕。(5)由膜—孔電池或活性—鈍性電池引起的局部腐蝕。(6)由雜散電流引起的局部腐蝕。第21頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2.1點蝕集中在金屬表面?zhèn)€別小點上深度較大的腐蝕稱為點蝕（也叫孔蝕）大多數(shù)情況下點蝕是比較小的。蝕孔之間有時是相互孤立的，也可能比較接近。第22頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理點腐蝕集中于金屬表面的局部區(qū)域范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部形成孔狀（點蝕和坑蝕）腐蝕的形態(tài)。點蝕：坑孔直徑小于深度；腐蝕的破壞特征(1)破壞高度集中(2)蝕孔的分布不均勻(3)蝕孔通常沿重力方向發(fā)展(4)蝕孔口很小，而且往往覆蓋有固體沉積物，因此不易發(fā)現(xiàn)(4)孔蝕發(fā)生有或長或短的孕育期(或誘導期)第23頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三鋁的點蝕現(xiàn)象碳鋼的點蝕現(xiàn)象第24頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三二氧化碳引起的點蝕Cr13型不銹鋼的局部腐蝕第25頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理奧氏體不銹鋼在輸送含有氯離子或溴離子的介質(zhì)時很容易發(fā)生點蝕。奧氏體不銹鋼管道外壁裸露遭受雨水時常常發(fā)生點蝕。碳鋼管道在蒸汽系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)中，在80~250℃遭受溶解氧的侵蝕也常常發(fā)生點蝕。很多情況下點蝕是引起晶間腐蝕、剝蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等局部腐蝕的起源第26頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三影響點蝕的因素金屬材料能夠鈍化的金屬容易發(fā)生孔蝕，故不銹鋼比碳鋼對孔蝕的敏感性高。金屬鈍態(tài)愈穩(wěn)定，抗孔蝕性能愈好?？孜g最容易發(fā)生在鈍態(tài)不穩(wěn)定的金屬表面。對不銹鋼，Cr、M0和N有利于提高抗孔蝕能力。(2)環(huán)境活性離子能破壞鈍化膜，引發(fā)孔蝕。一般認為，金屬發(fā)生孔蝕需要Cl-濃度達到某個最低值(臨界氯離子濃度)。這個臨界氯離子濃度可以作為比較金屬材料耐蝕性能的一個指標，臨界氯離子濃度高，金屬耐孔蝕性能好。緩蝕性陰離子緩蝕性陰離子可以抑制孔蝕的發(fā)生。第27頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三pH值

在較寬的pH值范圍內(nèi)，孔蝕電位Eb與溶液pH值關(guān)系不大。當pH﹥10，隨PH值升高，孔蝕電位增大，即在堿性溶液中，金屬孔蝕傾向較小。溫度溫度升高，金屬的孔蝕傾向增大。當溫度低于某個溫度，金屬不會發(fā)生孔蝕。這個溫度稱為臨界孔蝕溫度(CPT)，CPT愈高，則金屬耐孔蝕性能愈好。

流動狀態(tài)

在流動介質(zhì)中金屬不容易發(fā)生孔蝕，而在停滯液體中容易發(fā)生，這是因為介質(zhì)流動有利于消除溶液的不均勻性，所以輸送海水的不銹鋼泵在停運期間應將泵內(nèi)海水排盡。第28頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理防止點蝕的措施1．改善介質(zhì)條件：降低溶液中的Cl-含量，降低溫度，提高pH，使用緩蝕劑（用于不銹鋼的緩蝕劑有硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽和堿，最有效的是亞硫酸鈉。）；減少氧化劑(除氧、防止Fe3＋及Cu2＋存在)，降低溫度，提高pH值等。2．選用耐點蝕的合金材料：近十幾年來發(fā)展了很多耐點蝕不銹鋼，含有較多的Ni和Mo，含有N，碳含量低于0.03%.發(fā)展高Cr、Mo、低C（<0.03%）的不銹鋼。雙相不銹鋼及高純鐵素體不銹鋼抗點蝕性能良好；Ti和Ti合金第29頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三3．對材料表面進行鈍化處理，提高其鈍化膜的穩(wěn)定性，即提高材料的鈍態(tài)穩(wěn)定性；4．陰極保護：使電位低于Eb，最好低于Ep，使不銹鋼處于穩(wěn)定鈍化區(qū)。實際上應用比較困難；5.提高溶液的流動速率。第30頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.2.2縫隙腐蝕現(xiàn)象：一種特殊的點蝕現(xiàn)象,常和孔穴、墊片底面、搭接縫、表面沉積物、螺栓帽和鉚釘下的縫隙中積存的少量靜止溶液有關(guān)。第31頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三當管道輸送的物料為電解質(zhì)溶液時，在管道的內(nèi)表面縫隙處，如法蘭墊片處、單面焊未焊透處，均易發(fā)生縫隙腐蝕。不銹鋼對縫隙腐蝕特別敏感產(chǎn)生縫隙腐蝕的縫隙寬度，必須能使介質(zhì)進入縫隙而又使這些介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，因此縫隙腐蝕常常發(fā)生在縫隙寬度在0.0250.15毫米或更小的場合。寬度太小則溶液不能進入，不會造成縫內(nèi)腐蝕；寬度太大則不會造成物質(zhì)遷移困難，縫內(nèi)腐蝕和縫外腐蝕無大的差別第32頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理許多壓力管道的組成件是由螺釘、鉚、焊等方式連接的，在這些連接件或焊接接頭缺陷處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬（一般在0.025~0.15mm）足以使電解質(zhì)溶液進入，使縫隙內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫內(nèi)發(fā)生強烈的腐蝕，纖維類的墊片、盤根，較易使電解質(zhì)溶液在靠近金屬表面處完全滯留，因此易發(fā)生縫隙腐蝕。第33頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理縫隙腐蝕機理縫隙腐蝕是氧濃差電池與閉塞電池自催化效應共同作用的結(jié)果。在縫隙腐蝕初期，陽極溶解和陰極還原在包括縫隙內(nèi)部的整個金屬表面上均勻出現(xiàn)，但縫隙內(nèi)的氧在孕育期就消耗盡了。缺乏氧的區(qū)域(縫隙內(nèi))電位較低為陽極區(qū)，氧易到達的區(qū)域(縫隙外)電位較高為陰極區(qū)。結(jié)果縫隙內(nèi)金屬溶解，金屬陽離子不斷增多，這就吸引縫隙外溶液中的負離子(如Cl－)移向縫隙內(nèi)，以維持電荷平衡。致使縫隙內(nèi)溶液中的氧靠擴散補充，氧擴散到縫隙深處很困難，從而中止了縫隙內(nèi)氧的陰極還原反應，使縫隙內(nèi)金屬表面和縫隙外自由暴露表面之間組成宏觀電池。第34頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理縫隙腐蝕的機理第35頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第36頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理縫隙腐蝕的影響因素⑴影響縫隙腐蝕的幾何因素

⑵環(huán)境因素⑶材料因素第37頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三⑴影響縫隙腐蝕的幾何因素①縫隙尺寸0.025-0.1mm之間②縫隙內(nèi)外面積比縫隙腐蝕隨縫隙面積的減小或縫隙外材料裸露面積的增大而增加?？p隙內(nèi)區(qū)域被認為是陽極，而縫隙外區(qū)域為陰極。第38頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三⑵環(huán)境因素①鹵離子和其他陰離子氯離子濃度越高，縫隙腐蝕電流增加，發(fā)生縫隙腐蝕的可能性越大。②溶解氧在中性電解質(zhì)內(nèi)，溶液中氧濃度增加，縫隙外陰極反應隨之增加，縫隙腐蝕量增加。③溫度溫度升高，陽極反應加速，另一方面溶解氧濃度隨溫度升高而下降。對于不銹鋼而言，80℃時，縫隙腐蝕達到極大值。④ph值隨ph值降低，縫隙腐蝕越快。⑤流速增加流速有可能減少發(fā)生縫隙腐蝕的機會。第39頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理⑶材料因素

幾乎所有的金屬材料都會發(fā)生縫隙腐蝕，鈍態(tài)的金屬對縫隙腐蝕最為敏感。

不銹鋼中Cr、Ni、Mo、N、Cu、Si等能有效提高鈍化膜的穩(wěn)定性和鈍化、再鈍化能力，是提高不銹鋼的耐縫隙腐蝕性能的有效元素。第40頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理防止或減少縫隙腐蝕的措施

(1)設(shè)計要合理，盡量避免縫隙。設(shè)計時應避免積水處，設(shè)計管道時要使液體能完全排凈，要便于清理和去除污垢。避免銳角和靜滯區(qū)(死角)。第41頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理(2)焊接比鉚接或螺釘連接好。對焊優(yōu)于搭焊。管道焊接時必須全焊透，避免產(chǎn)生焊孔和縫隙。(3)螺釘接合結(jié)構(gòu)中可采用低硫橡膠墊片，不吸水的墊片(聚四氟乙烯)?；蛟诮雍厦嫔贤恳原h(huán)氧、聚胺酯或硅橡膠密封膏，以保護連接處?；蛲恳杂芯徫g劑的油漆。(4)如果縫隙難以避免時，則采用陰極保護，如在海水中采用鋅或鎂的犧牲陽極法。第42頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理(5)實在難以解決時，改用耐縫隙腐蝕的材料。選用在低氧酸性介質(zhì)中不活化并具有盡可能低的鈍化電流和較高的活化電位的材料。其他耐縫隙腐蝕的材料有18Cr—12Ni—3MoTi，18Cr—19Ni—3MoTi等。一般Cr、Mo含量高的合金，其抗縫隙腐蝕性也較好。(6)帶縫隙的結(jié)構(gòu)若采用緩蝕劑法防止縫隙腐蝕，一定要采用高濃度的緩蝕劑才行。由于緩蝕劑進入縫隙時常受到阻滯，其消耗量大，如果用量不當，反而會加速腐蝕。第43頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理圖工程中常見的幾種以導致腐蝕的縫隙第44頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

孔蝕和縫隙腐蝕的比較

孔蝕和縫隙腐蝕有許多相同之處。首先，耐蝕性依賴于鈍態(tài)的金屬材料在含氯化物的溶液中容易發(fā)生，造成典型的局部腐蝕。其次，孔蝕和縫隙腐蝕成長階段的機理都可以用閉塞電池自催化效應說明?？孜g和縫隙腐蝕不同之處。第一，孔蝕的閉塞區(qū)是在腐蝕過程中形成的，閉塞程度較大；而縫隙腐蝕的閉塞區(qū)在開始就存在，閉塞程度較小。第二，孔蝕發(fā)生需要活性離子(如Cl-離子)，縫隙腐蝕則不需要，雖然在含Cl-離子的溶液中更容易發(fā)生。第三，孔蝕的臨界電位Eb較縫隙腐蝕臨界電位Eb高，Eb與Erp之間的差值較縫隙腐蝕小(在相同試驗條件下測量)，而且在Eb與Erp之間的電位范圍內(nèi)不形成新的孔蝕，只是原有的蝕孔繼續(xù)成長，但在這個電位范圍內(nèi)縫隙腐蝕既可以發(fā)生也可以成長。第45頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2.3選擇性腐蝕機理是一種選擇性腐蝕機理，合金的一個或多個成分被優(yōu)先侵蝕，剩下一個低密度的多孔組織，機械性能顯著降低；主要為銅合金(黃銅、青銅、錫)以及合金400和鑄鐵。損傷外觀１）損傷后，通常顏色有變化和深度浸蝕的外觀，有些合肉眼檢查時可能不明顯。２）沿橫截面的侵蝕是均勻的（層形）或是局部的（插入形）。３）有時完全脫合金但外觀尺寸沒有明顯變化。第46頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三選擇性腐蝕的控制措施⑴控制合金成分控制逐漸元素的含量，添加少量附加元素。⑵熱處理和組織控制大部分合金可以通過熱處理來調(diào)整組織，來減小選擇性腐蝕傾向。如鋁青銅主要通過熱處理來抑制脫鋁。加入合金元素改變組織狀態(tài)而抑制脫鋁。如鋁青銅加入硅。⑶介質(zhì)的處理和緩蝕劑將介質(zhì)調(diào)解為中性緩解或消除選擇性腐蝕加入少量硫酸亞鐵可防止冷凝管的選擇性腐蝕⑷其他防護方法電化學陰極保護和采用軟鋼作犧牲陽極。第47頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三合金和遭遇脫合金的環(huán)境的組合熱氫氟酸中氧污染引起的蒙乃爾合金閥塞(閥口處)上的脫鎳區(qū)域選擇性腐蝕第48頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三檢查與檢驗１）觀察顏色變化，黃銅的脫合金后腐蝕呈現(xiàn)為粉紅色、古銅色，石墨腐蝕使鑄鐵變?yōu)樘炕疑⑶也牧峡捎玫肚懈罨蜚@鑿。２）可應用聲學方法和超聲波衰減方法；金相法。３）脫合金后硬度降低，脆性增加，強度下降。

選擇性腐蝕硅-黃銅合金脫鋅后留下多孔紅色銅第49頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.2.4晶間腐蝕晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。第50頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三受這種腐蝕的設(shè)備或零件，有時從外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之間的結(jié)合力被破壞，材料幾乎喪失了強度，嚴重者會失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末。據(jù)統(tǒng)計，在石油、化工設(shè)備腐蝕失效事故中，晶間腐蝕約占4%～9%，主要發(fā)生在用軋材焊接的容器及熱交換器上。奧氏體和鐵素體不銹鋼特有的一種腐蝕形式第51頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理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，嚴重時只要輕輕敲打就可破碎，甚至形成粉狀。因此，它是一種危害性很大的局部腐蝕。第52頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理晶間腐蝕的產(chǎn)生必須具備兩個條件一是晶界物質(zhì)的物理化學狀態(tài)與晶粒本身不同；二是特定的環(huán)境因素，如潮濕大氣、電解質(zhì)溶液、過熱水蒸氣、高溫水或熔融金屬等。第53頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理影響晶界行為的原因大致有如下幾種(a)合金元素貧乏化。由于晶界易析出第二相，造成晶界某一成分的貧乏化。第54頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三例如，18—8不銹鋼因晶界析出沉淀相，使晶界附近留下貧鉻區(qū)。第55頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理(b)晶界析出不耐蝕的陽極相。(c)雜質(zhì)或溶質(zhì)原子在晶界區(qū)偏析。例如，鋁中含有少量鐵時(鐵在鋁中溶解度低)，鐵易在晶界析出，銅鋁合金或銅磷合金在晶界可能有鋁或磷的偏析。第56頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三57晶間腐蝕的金相檢驗18－8奧氏體不銹鋼形成敏化晶界區(qū)和晶間腐蝕的原理（a）敏化晶界區(qū)形成貧鉻區(qū)；（b）晶界區(qū)的腐蝕過程第57頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三581Cr18Ni9晶間腐蝕Inconel800晶間腐蝕第58頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理(d)晶界處因相鄰晶粒間的晶向不同，晶界必須同時適應各方面情況；其次是晶界的能量較高，刃型位錯和空位在該處的活動性較大，使之產(chǎn)生富集。這樣就造成了晶界處遠比正常晶體組織松散的過渡性組織。(e)由于新相析出或轉(zhuǎn)變，造成晶界處具有較大的內(nèi)應力。另外還證實由于表面張力的緣故，使黃銅的晶界含有較多的鋅。第59頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理晶間腐蝕機理

下面從晶界結(jié)構(gòu)分別列舉出幾種金屬材料的晶間腐蝕原因。（1）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕（貧鉻理論）固溶處理的奧氏體不銹鋼若在450℃～850℃溫度范圍內(nèi)保溫或緩慢冷卻，然后在一定腐蝕介質(zhì)中暴露一定時間，就會產(chǎn)生晶間腐蝕。第60頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理含碳量高于0.02％的奧氏體不銹鋼中，碳與鉻能生成碳化物(Cr23C6)。這些碳化物高溫淬火時成固溶態(tài)溶于奧氏體中，鉻呈均勻分布，使合金各部分鉻含量均在鈍化所需值，即12％Cr以上。合金具有良好的耐蝕性。這種過飽和固溶體在室溫下雖然暫時保持這種狀態(tài)，但它是不穩(wěn)定的。如果加熱到敏化溫度范圍內(nèi)，碳化物就會沿晶界析出，鉻便從晶粒邊界的固溶體中分離出來。由于鉻的擴散速度緩慢，遠低于碳的擴散速度，不能從晶粒內(nèi)固溶體中擴散補充到邊界，因而只能消耗晶界附近的鉻，造成晶粒邊界貧鉻區(qū)。第61頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理貧鉻區(qū)的含鉻量遠低于鈍化所需的極限值，其電位比晶粒內(nèi)部的電位低，更低于碳化物的電位。貧鉻區(qū)和碳化物緊密相連，當遇到一定腐蝕介質(zhì)時就會發(fā)生短路電池效應。該情況下碳化鉻和晶粒呈陰極，貧鉻區(qū)呈陽極，迅速被侵蝕。貧鉻理論較早地闡述了奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的原因及機理，已被大家所公認。奧氏體不銹鋼在多種介質(zhì)中晶間腐蝕都以貧鉻理論來解釋。其他很多實驗和觀點也支持了這一理論。第62頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理（2）晶界σ相析出引起的晶間腐蝕（陽極相理論）

對于低碳或超低碳不銹鋼來說，因碳化物析出引起的晶間腐蝕大大減少?？墒浅吞疾讳P鋼，特別是高鉻、含鉬鋼在650℃～850℃加熱或熱處理時，易引起σ相(FeCr金屬間化合物)在晶界沉集而產(chǎn)生晶間腐蝕敏感性；第63頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理18—8鉻鎳奧氏體不銹鋼若在產(chǎn)生σ相的區(qū)間長時間加熱，冷加工變形后在產(chǎn)生σ相的溫度區(qū)間加熱，或鋼中添加Mo、Ti、Nb等合金元素，也可能出現(xiàn)σ相。具有σ相的奧氏體不銹鋼只能在強氧化性介質(zhì)，如沸騰的65％HNO3中才能檢驗出晶間腐蝕傾向。因為從奧氏體(γ相)和σ相的陽極極化曲線可看出，在過鈍化電位下，σ相發(fā)生嚴重腐蝕。其陽極溶解電流急劇地上升，這可能是沿晶界分布的相自身的選擇性溶解的緣故。第64頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理圖2不銹鋼中γ相及σ相的陽極極化曲線第65頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理（3）鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕高鉻鐵素體不銹鋼在900℃以上高溫加熱，然后空冷或水冷，就會引起晶間腐蝕傾向。而若在700℃～800℃重新加熱則可消除晶間腐蝕敏感性。這類鋼與奧氏體不銹鋼相比，其產(chǎn)生晶間腐蝕的條件雖然不同，但其腐蝕機理多半認為與奧氏體不銹鋼很相似，仍用貧鉻理論來解釋。即由于晶界析出亞穩(wěn)碳化物(Cr7C3)，使晶界附近出現(xiàn)貧鉻區(qū)。第66頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理除C外，N也是有害元素，它們在鐵素體中固溶比在奧氏體中少；而Cr在這類鐵素體中的擴散速度卻比在奧氏體中快得多(快兩個數(shù)量級)。所以即使高溫快冷，也能使碳化物或氮化物在晶界析出。第67頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理（4）其他合金的晶間腐蝕鎳基合金如Ni—Mo、Ni—Cr—Mo等，也有晶間腐蝕敏感性。這是因為沿晶界析出Ni7Mo6、MoC、Cr6C及σ相，造成晶界貧Mo或貧Cr，在一定腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生晶間腐蝕。第68頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三晶間腐蝕的影響因素

(1)加熱溫度和時間

TTS（Temperature－Time－Sensitivity）曲線溫度－時間－敏化曲線18Cr－9Ni不銹鋼晶界Cr23C6沉淀與晶間腐蝕的關(guān)系0.05%C、1250℃固溶，H2SO4＋CuSO4溶液溫度850℃以上時，不產(chǎn)生晶間腐蝕；溫度在600－700℃之間晶間腐蝕嚴重；溫度低于600℃，晶間腐蝕減弱；溫度低于450℃難于晶間腐蝕。第69頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（2）合金成分1．C：奧氏體不銹鋼中含碳量越高，產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的加熱溫度和時間范圍擴大，晶間腐蝕傾向越大。2．Cr、Mo、Ni、Si：

Cr、Mo含量增高，可降低C的活度，有利于減輕晶間腐蝕傾向；

Ni、Si等非碳化物形成元素降低C在奧氏體中的溶解度，促進C的擴散和碳化物的析出。第70頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三3．Ti、Nb：

Ti和Nb是非常有益的元素。Ti和Nb與C的親合力大于Cr與C的親合力，因而在高溫下能先于Cr形成穩(wěn)定的TiC和NbC，從而大大降低了鋼中的固溶C量，使Cr23C6難以析出。4．B：在不銹鋼中加入0.004－0.005%的B可降低晶間腐蝕的敏感性，這可能是B在晶界的吸附減少了C、P在晶界的偏聚之故。第71頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理防止焊縫處晶間腐蝕的措施有：采用超低碳或足夠穩(wěn)定化的不銹鋼，對一般奧氏體不銹鋼采用固溶處理，而對穩(wěn)定型不銹鋼采用穩(wěn)定化處理，改進焊接工藝，采用超低碳、高Nb含量和雙相焊條等等。

第72頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2.5應力腐蝕（SCC）由殘余或外加拉應力導致的應變和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過程稱為應力腐蝕。第73頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三應力腐蝕開裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細長的裂縫，且裂縫擴展很快，能在短時間內(nèi)發(fā)生嚴重的破壞。應力腐蝕開裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高，可達50%第74頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三SCC發(fā)生條件金屬和合金發(fā)生SCC要求同時具備三個基本條件:敏感材料、特定腐蝕介質(zhì)和拉應力第75頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三1．敏感金屬或合金：幾乎所有的金屬或合金在特定的介質(zhì)中有一定的SCC敏感性。

2．特定腐蝕介質(zhì)：每種金屬或合金只對某些特定的介質(zhì)有SCC敏感性，并不是任何介質(zhì)都能引起SCC通常合金在引起SCC的環(huán)境中是鈍態(tài)的第76頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三一些金屬和合金產(chǎn)生SCC的特定介質(zhì)第77頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三3.受拉伸應力的作用：發(fā)生SCC的金屬或合金必須受到拉應力的作用，應力來源：工作狀態(tài)下材料承受外加載荷造成的工作應力；在生產(chǎn)、制造、加工和安裝過程中在材料內(nèi)部形成的熱應力、形變應力等殘余應力；裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積效應造成的楔入作用；陰極反應形成的氫進入金屬內(nèi)部后產(chǎn)生的應力。

壓應力能阻止和減緩應力腐蝕，金屬或合金表面在某些情況下壓應力能產(chǎn)生SCC，但與拉應力相比，危險性小得多。

據(jù)統(tǒng)計，在應力腐蝕開裂事故中，由殘余應力所引起的占80%以上，而由工作應力引起的則不足20%。第78頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三應力腐蝕開裂的特征1．SCC屬于滯后破壞:

材料在拉應力和腐蝕介質(zhì)共同作用下，需要經(jīng)過一定時間裂紋形核、裂紋亞臨界擴展，并最終達到臨界尺寸后，發(fā)生斷裂。孕育期：裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時間，約占整個SCC時間的90％左右。裂紋擴展期：裂紋成核后直至發(fā)展到臨界尺寸所經(jīng)歷的時間。快速斷裂期：裂紋達到臨界尺寸后，受純力學的作用，裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂。第79頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.SCC的裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型：

裂紋發(fā)展的途徑取決于材料與介質(zhì)，同一材料因介質(zhì)變化，裂紋途徑也可能改變；裂紋起源于表面；裂紋擴展方向一般垂直于主拉伸應力的方向；裂紋一般呈樹枝狀。

應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發(fā)生于韌性高的材料中。

第80頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三3.

裂紋擴展速度:

一般為10－6~10－3mm/min，比均勻腐蝕快約106倍，僅為純機械斷裂速度的10－10。4.低應力的脆性斷裂:

斷裂前通常沒有明顯的宏觀塑性變形，大多數(shù)條件下是脆性斷口。斷口表面顏色暗淡，可見腐蝕坑和二次裂紋，穿晶微觀斷口往往具有河流花樣、扇形花樣、羽毛狀花樣等脆性斷口形貌特征；晶間顯微斷口呈冰糖塊狀。第81頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

SCC機理1：陽極溶解機理

在發(fā)生SCC的環(huán)境中金屬表面通常被鈍化膜覆蓋，金屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸。當鈍化膜遭受局部破壞后，裂紋形核，并在應力作用下裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑定向活化溶解，導致裂紋擴展，最終發(fā)生斷裂。應力腐蝕陽極溶解機理：膜破裂－裂紋尖端基體溶解－斷裂第82頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（1）．膜局部破裂導致裂紋形核：

鈍化膜在電化學作用、機械作用等發(fā)生局部破壞或膜的缺陷，使裂紋形核:

（a）電化學作用:通過點蝕或晶間腐蝕等局部腐蝕來誘發(fā)SCC裂紋的。當有點蝕坑和晶間腐蝕形成時，在應力的作用下從點蝕坑底部和晶間部位可誘發(fā)SCC裂紋。若腐蝕電位處于活化－鈍化或鈍化－過鈍化的過渡電位區(qū)間，由于鈍化膜不穩(wěn)定，SCC裂紋容易在材料表面較薄弱的部位形核(如晶間)。（b）機械作用：膜的延展性或強度較基體金屬差，受力變形后局部膜破裂，誘發(fā)SCC裂紋。（c）缺陷和膜內(nèi)的亞微觀裂紋：金屬表面鈍化膜的缺陷及膜內(nèi)的亞微觀裂紋均可能是SCC裂紋形核之處。第83頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（2）．裂紋擴展（裂尖定向溶解階段）：

裂紋形成后，特殊的幾何條件構(gòu)成了一個閉塞區(qū)。裂紋內(nèi)部形成了“閉塞電池”，并進而在裂紋尖端和裂紋壁之間形成了“活化－鈍化腐蝕電池”，創(chuàng)造了裂尖快速溶解并自催化的電化學條件。應力和材料的不均勻性為快速溶解提供了擇優(yōu)腐蝕的途徑。預存活性途徑和應變產(chǎn)生的活性途徑導致沿晶和穿晶SCC裂紋擴展。第84頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（3）．斷裂（純機械斷裂階段）：在SCC裂紋擴展到臨界尺寸時，裂紋失穩(wěn)而導致純機械斷裂。第85頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三SCC機理2：氫致開裂機理應力腐蝕過程中往往會有氫產(chǎn)生，所產(chǎn)生的氫對那些氫脆比較敏感的材料，如超高強度鋼等，則足以導致氫致開裂；而對那些氫脆不敏感的材料，氫則會促進其腐蝕速度或應力腐蝕開裂敏感性。

第86頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第87頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第88頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三89奧氏體不銹鋼應力腐蝕的穿晶斷口—Cl-引起的解理斷口800×1000×第89頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第90頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三91應力腐蝕中常見的沿晶斷口——冰糖狀50×第91頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三92200×第92頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三93200×第93頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三94500×第94頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三應力腐蝕裂紋的形貌特征第95頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三應力腐蝕斷口的形貌特征第96頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三應力腐蝕裂紋的形貌特征

第97頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

穿晶型應力腐蝕裂紋金相與斷口

應力腐蝕裂紋的形貌特征第98頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴展的裂紋稱為沿晶裂紋，當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時，則材料就按正常的裂紋（在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合）而斷開。因此，由于應力腐蝕開裂而失效的管道的斷面，將包含有應力腐蝕開裂的特征區(qū)域以及與已微缺陷的聚合相聯(lián)系的“韌窩”區(qū)域。第99頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理第100頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三預防應力腐蝕斷裂的措施（一）選材。根據(jù)材料使用環(huán)境，盡量避免使用對應力腐蝕敏感的材料；（二）消除應力。在設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)時要力求合理，盡量減少應力集中和積存腐蝕介質(zhì)，在加工制造設(shè)備時，要注意消除殘余應力，可通過熱處理、表面噴丸等方法消除殘余應力；第101頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（三）減輕腐蝕。改善環(huán)境，降低環(huán)境的SCC敏感性：控制或降低有害的成分；腐蝕介質(zhì)中加入緩蝕劑；改變電位、促進成膜；電化學保護：可以通過控制電位進行陰極保護或陽極保護防止SCC的發(fā)生。涂層：使用有機涂層可將材料表面與環(huán)境分開，或使用對環(huán)境不敏感的金屬作為敏感材料的鍍層，都可減少材料SCC敏感性。第102頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式

及機理幾種常見的應力腐蝕2.2.5.1堿脆堿脆是指金屬在拉應力和介質(zhì)中的NaOH共同作用下產(chǎn)生的陽極溶解型開裂。堿應力腐蝕開裂主要在碳鋼和低合金鋼設(shè)備上出現(xiàn)。堿應力腐蝕裂紋主要產(chǎn)生在晶間。碳鋼和低合金鋼的堿腐蝕開裂敏感性主要由堿液的濃度、金屬溫度和拉應力水平所決定。堿應力腐蝕開裂一般需要長達幾年時間后才會出現(xiàn)，但如果增加堿液濃度或金屬溫度以加速開裂速度則也有可能在幾天內(nèi)發(fā)生第103頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

碳鋼在金屬溫度小于46℃時不會出現(xiàn)腐蝕性開裂。在46℃到82℃范圍之間，開裂敏感性是堿液濃度的函數(shù)。超過82℃，開裂敏感性也是堿液濃度的函數(shù)。堿濃度（wt）超過2%時，就有可能發(fā)生應力腐蝕開裂。堿濃度（wt）超過5%時，發(fā)生堿應力腐蝕開裂的概率非常大。堿濃度小于5%時開裂敏感性相對較低，但是如果存在局部堿液濃縮條件則開裂的敏感性顯著增加。

第104頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三堿脆是一種表面起始開裂的應力腐蝕開裂形式，發(fā)生在暴露在堿中的設(shè)備管道上，尤其是靠近未焊后熱處理的焊縫附近。碳鋼，低合金鋼，300系列最易發(fā)生。鎳基合金較耐蝕。堿脆

第105頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三管束和管板之間的堿濃縮造成的鍋爐管板開裂和管板裂紋堿洗滌器下游的吸鼓中未經(jīng)PWHT的管線的碳鋼承插焊縫上起始的堿開裂某一苛性堿夾帶異常條件下的蒸汽透平的不銹鋼膨脹波紋管管內(nèi)裂紋形態(tài)堿應力腐蝕開裂(堿性脆化)第106頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三影響因素１）敏感性與NaOH和KOH堿濃度、金屬溫度和應力狀況有關(guān)。２）由于濃縮，開裂在低的堿含量下也會發(fā)生。50到100ppm的堿濃度就足以引起開裂。３）焊接或冷加工（如彎曲和成型）導致的殘余應力，或者外加應力。４）低于屈服應力的條件下很少發(fā)生失效。５）擴展速度隨溫度增加很快，可在幾小時或幾天內(nèi)穿透整個壁厚，尤其在堿濃縮的條件下。濃縮的發(fā)生條件有：干濕交替、局部熱點或高溫吹汽。６）必須注意未熱處理的碳鋼設(shè)備管線的伴熱蒸汽管的設(shè)計和吹汽。第107頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三主要發(fā)生的部位１）處理堿的設(shè)備管道，包括脫H2S和硫醇裝置及硫酸烷基化和HF酸烷基化裝置中使用堿中和的設(shè)備。２）伴熱不正確的設(shè)備管線及加熱盤管３）處理堿的管道經(jīng)過蒸汽吹掃后可能會堿脆。損傷外觀或形貌１）發(fā)生焊縫并行的母材，也可發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)。２）有時是蜘蛛網(wǎng)狀的小裂紋，通常起始于焊接缺陷。３）是非常細小的充滿氧化物的晶間網(wǎng)狀裂紋。４）300系列的開裂主要是穿晶的，很難和氯化物SCC區(qū)別開來。堿應力腐蝕開裂(堿性脆化)第108頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三預防與減緩１）碳鋼621℃熱處理是有效的。２）３00系列比碳鋼的耐開裂性能好不了多少。３）鎳基合金更耐開裂。４）避免對未熱處理的碳鋼管線和設(shè)備進行蒸汽吹掃。蒸汽吹掃前應水洗，或只能使用低壓蒸汽進行短時間吹掃。５）要正確的設(shè)計和注入系統(tǒng)的操作，保證堿在進入高溫原油預熱系統(tǒng)前得到正確的分散。堿應力腐蝕開裂(堿性脆化)第109頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第110頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.2.5.2在液氨中的應力腐蝕

同時具備以下條件的屬氨應力腐蝕開裂的典型環(huán)境：1）介質(zhì)為液態(tài)氨，其中的含水量低于0.2%并有可能受到O2或CO2的污染；2）介質(zhì)溫度高于-5℃。對碳鋼和低合金鋼而言，液氨中加入0.2%的水可起到緩蝕作用，從而可基本上避免斷裂的發(fā)生，但對抗拉強度高于800MPa的調(diào)質(zhì)高強鋼，加水不能完全抑制裂紋的產(chǎn)生。氨應力腐蝕裂紋屬陽極溶解型，并一般是穿晶形式擴展。第111頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.2.5.3在CO-CO2-H2O環(huán)境中的應力腐蝕開裂機理：CO2溶于水后生成碳酸，pH值下降致3.3，再通入CO可起緩蝕劑的作用阻止了全面腐蝕的發(fā)生；應力導致滑移形成臺階，新鮮金屬暴露，成為陽極，吸附CO的表面成為陰極，陽極發(fā)生溶解，應力腐蝕開裂發(fā)生第112頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.2.5.4氯化物應力腐蝕開裂（CISCC）

ClSCC一般發(fā)生在金屬溫度高于（~65℃）的情況下。對ClSCC最敏感的是含Ni8%的奧氏體不銹鋼（如300SS系列，304，316等）。氯化物SCC的微觀形貌呈典型的穿晶及多分支特征。但有過沿晶應力腐蝕開裂的報道。

關(guān)于氯化物應力腐蝕開裂的5種假設(shè)1）吸附理論——氯離子吸附在裂紋尖端2）電化學理論——陽極溶解3）膜破壞理論——鈍化膜破損，局部溶解4）腐蝕產(chǎn)物契入理論——腐蝕產(chǎn)物契入裂紋尖端5）氫脆理論——氫致開裂（馬氏體不銹鋼，形變誘導馬氏體）第113頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三裂紋特征

1、起自于不銹鋼表面且分布具有明顯的局部性；2、裂紋的走向與所受應力，特別是與殘余應力有密切關(guān)系；3、裂紋常呈龜裂和風干木材狀，裂紋附近沒有塑性變形；4、應力腐蝕裂紋的微觀形貌多為穿晶型，但也多見沿晶型和穿晶+沿晶混合型；裂紋的寬度較??；

斷口形貌

應力腐蝕的宏觀斷口多呈脆性斷裂。斷口的微觀形貌，穿晶型多為準解理斷裂，并常見河流，扇形，魚骨，羽毛等花樣；而沿晶型則多為冰糖塊狀花樣。第114頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三300系列和一些鎳基合金在拉伸應力、溫度和含氯化物水溶液的共同作用下的環(huán)境開裂。溶解氧的存在增加了開裂的可能性。所有300系列都敏感。雙相鋼耐蝕，鎳基合金更耐蝕。影響因素１）氯化物含量、pH、溫度、應力、氧的存在和合金成分。２）溫度和氯離子含量增加，開裂的敏感性增加。３）沒有最小氯離子限制，因為氯離子會發(fā)生濃縮。第115頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三４）傳熱條件會明顯增加開裂的敏感性，因為它們會造成氯離子濃縮。干濕或蒸汽和水的交替變換也會有助于開裂。５）SCC通常發(fā)生在pH高于2的環(huán)境。在低pH值，通常均勻腐蝕為主。在堿性pH區(qū)域，SCC的傾向降低。６）開裂通常發(fā)生在金屬溫度高于60℃環(huán)境。７）應力可以是外加的，也可以是殘余的。高應力或冷加工的部件，如膨脹波紋管，開裂的可能性十分高。８）水中溶解的氧通常會加速SCC。９）敏感性最高的是含鎳8%到12%。Ni含量高于35%，其耐蝕性十分高，高于45%基本不被腐蝕。10)低鎳不銹鋼，如雙相鋼，耐蝕性比300系列要高，但也會被腐蝕。11）碳鋼、低合金鋼和400系列對氯化物SCC不敏感。第116頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三損傷外觀或形貌１）裂紋的特征是有許多分支，目測可以發(fā)現(xiàn)表面龜裂現(xiàn)象。２）分叉的穿晶裂紋，有時敏感的300系列還發(fā)現(xiàn)晶間裂紋。３）300系列的焊縫含有一些鐵素體，通常更耐氯化物SCC。４）破裂的表面通常有一個脆性的外觀。

預防與減緩１）用含氯化物低的水試壓，并盡快干燥。２）正確的保溫層下涂層。３）避免允許有氯化物可能聚集或沉積的停滯區(qū)的設(shè)計。４）300系列熱處理后有可能敏化，增加變形、連多硫酸應力腐蝕敏感性和再熱開裂。第117頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三232℃蒸汽環(huán)境下操作的316L管束的殼程側(cè)開裂，

蜘蛛網(wǎng)狀的開裂外觀

細小的分支裂紋穿晶開裂模式

第118頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三2.2.5.5連多硫酸應力腐蝕開裂在連多硫酸環(huán)境下，一些敏感材料（如18-8不銹鋼）在敏化熱處理或類似敏化溫度的焊接熱影響區(qū)局部區(qū)域，會由于晶界敏化，從而使材料晶間迅速腐蝕和開裂。裂紋總是在晶間出現(xiàn)和發(fā)展并且只需要相對較低的拉應力水平。

第119頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三1）奧氏體不銹鋼設(shè)備在運行過程中由于硫化氫（H2S）的腐蝕在表面生成硫化鐵（FeS）。2）停工、降溫并打開設(shè)備后大氣中的水分和氧與腐蝕產(chǎn)物接觸反應生成連多硫酸，反應式為：3FeS+5O2Fe2O3?FeO+3SO2SO2+H2OH2SO3H2SO3+1/2O2H2SO4H2SO4+FeSFeSO4+H2SH2SO4+H2SmH2SxO6+nS第120頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三中碳或高碳奧氏體不銹鋼如（304/304H和316/316H）的焊接熱影響區(qū)對SCC特別敏感。低碳含量（＜0.03%）在低于427℃

情況下SCC的敏感性較低。含有穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼如321（含Ti）和347（含Nb）經(jīng)穩(wěn)定化熱處理后對PTA的SCC敏感性較低。

第121頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三在停工期間設(shè)備表面的硫化物垢、空氣和水形成連多硫酸，作用在敏化的奧氏體不銹鋼的焊縫或高應力區(qū)引起的開裂；開裂可能在短短幾分鐘或幾小時內(nèi)迅速擴展穿過管道和部件的壁厚。300系列，合金600/600H和合金800/800H受影響。第122頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三預防與減緩１）停工過程或停工后立即用堿或蘇打水溶液沖洗設(shè)備以中和含硫酸，或在停工中用干燥的氮氣或氮氣/氨保護，以防止接觸空氣。２）加熱爐，保持燃燒室到大氣露點溫度以上。３）如果在538℃中暴露幾小時或長期在400℃以上操作，L級別也會發(fā)生敏化。４）添加少量的Ti和Nb來提高耐PASCC的能力。常用用化學穩(wěn)定級別（321和347，鎳基合金825和625）。５）ASTM規(guī)范允許軋制產(chǎn)品在穩(wěn)定狀態(tài)而不是溶液退火狀態(tài)下交貨。這種熱處理可以降低潛在的敏化問題，尤其是321。６）焊縫進行穩(wěn)定化處理（899℃）。第123頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三連多硫酸應力腐蝕開裂染色滲透檢驗表明焊縫周圍存在大量的裂紋晶間開裂和晶粒脫落304不銹鋼催化劑回收管線和法蘭的PT檢查靠近法蘭的催化劑回收線的橫截面顯示在焊縫HAZ區(qū)有裂紋，第124頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2.6氫損傷氫對鋼鐵材料的危害性較大氫滲透進入金屬內(nèi)部而造成的金屬性能劣化稱為氫損傷，也叫氫破壞。分為四種類型：氫鼓包、氫脆、脫碳和氫腐蝕。第125頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三金屬材料由于受到含氫氣氛的作用而引起的斷裂，統(tǒng)稱為氫脆斷裂或氫致開裂。鋼中氫的來源主要為下列三個方面：冶煉過程中溶解在鋼水中的氫，在結(jié)晶冷凝時沒有能即時逸出而存留在鋼材中；焊接過程中由于水分或油污在高弧高溫下分解出的氫溶解入鋼材中；設(shè)備運行過程中，工作介質(zhì)中的氫進入鋼材中。第126頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理氫鼓泡：因氫在鋼板分層處聚集引起的；第127頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三128低強度鋼在濕H2S環(huán)境中的氫鼓泡第128頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三濕硫化氫引起的氫致開裂

基于與氫鼓泡相同的機理。鋼材的含硫量高，形成MnS夾雜亦多，導致層狀開裂的機會就多。氫致開裂的特點是不需外加應力的誘導。第129頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三130低碳鋼在濕硫化氫環(huán)境中出現(xiàn)氫致開裂的金相照片第130頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理氫脆

不論以什么方式進人鋼內(nèi)的氫，都將引起鋼材脆化。即延伸率、斷面收縮率顯著下降．高強度鋼尤其嚴重。若將鋼材中的氫釋放出來（如加熱進行消氫處理），則鋼的機械性能仍可恢復。氫脆是可逆的。H2S-H2O介質(zhì)常溫腐蝕碳鋼管道能滲氫，在高溫高壓臨氫環(huán)境下亦能滲氫；在不加緩蝕劑或緩蝕劑不當?shù)乃嵯催^程能滲氫，在雨天焊接或在陰極保護過度時亦會滲氫。鈦材的氫脆敏感性也很強。第131頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理氫脆斷裂機理：當鋼中存在氫，而應力大于某一臨界值時，就會發(fā)生氫脆斷裂。氫對鋼材的脆化過程是一個微觀裂紋在高應力作用下的擴展過程。脆斷應力可低達屈服極限的20%。鋼材的強度愈高(所承受的應力愈大)，對氫脆愈敏感。管道中的應力水平，包括工作應力及殘余應力是導致氫脆很重要的因素。氫脆是一種延遲斷裂，斷裂遲延的時間可以僅幾分鐘，也可能幾天。第132頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理氫脆斷裂只發(fā)生在-100～150℃的溫度范圍內(nèi)，很低的溫度不利于氫的移動和聚集，不易發(fā)生氫脆，而較高的溫度可以使氫從鋼中逸出，減少鋼中的氫濃度，從而避免脆化。焊后保溫及熱處理就是利用高溫下氫能從鋼中擴散逸出的原理，用來降低焊縫中氫含量，它是改善焊接接頭力學性能的有效措施。第133頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理脫碳在工業(yè)制氧裝置中，高溫氫氣管道易產(chǎn)生脫碳損傷。鋼中的滲碳體在高溫下與氮氣作用生成甲烷：Fe3C＋2H2→3Fe十CH4↑反應結(jié)果導致表面層的滲碳體減少，而碳便從鄰近的尚未反應的金屬層逐漸擴散到這一反應區(qū)，于是有一定厚度的金屬層因缺碳而變?yōu)殍F素體。脫碳的結(jié)果造成鋼的表面強度和疲勞極限的降低。第134頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三氫腐蝕

機理：鋼暴露于高溫高壓氫環(huán)境中，氫吸附、滲透及擴散等過程進入鋼的內(nèi)部，并于鋼種的碳元素發(fā)生化學反應，生成甲烷（CH4），同時使鋼的的局部發(fā)生脫碳現(xiàn)象。隨著甲烷氣體在微觀缺陷部位（主要是晶界處）的聚集，導致內(nèi)壓升高并引發(fā)裂紋的產(chǎn)生?；瘜W反應式：Fe3C+4H=3Fe+CH4氫腐蝕的判定：尼爾森曲線發(fā)生的條件：溫度、氫分壓微觀特征：表面——脫碳現(xiàn)象內(nèi)部——局部脫碳現(xiàn)象、晶界裂紋第135頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三由于暴露在高溫和高壓氫中造成的。氫與鋼中的碳化物反應生成甲烷（CH4），甲烷壓力增大，形成氣泡或空腔、微裂隙和裂隙。碳化物的損失導致強度的整體損失。按抗高溫氫侵蝕能力增強的順序：碳鋼、C-0.5Mo、Mn-0.5Mo、1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-V、3Cr-1Mo、5Cr-0.5Mo和具有不同化學成分的類似鋼。第136頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三高溫氫侵蝕第137頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式

及機理2.2.7腐蝕疲勞腐蝕疲勞特點：材料或零件在交變應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下造成的失效叫做腐蝕疲勞。是疲勞開裂的一種形式，在循環(huán)負荷和腐蝕的聯(lián)合作用下發(fā)生的。通常發(fā)生在應力集中的部位，如表面的點蝕?？梢云鹗加诙鄠€部位。所有的材料均受影響。斷口特征：宏觀斷口與疲勞斷口有一定相似性，但斷口上可見明顯的腐蝕產(chǎn)物存在。裂紋越深、缺口效應越嚴重，尖端應力水平上升，腐蝕電位升高，腐蝕加劇等。第138頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

腐蝕疲勞的特征

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。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。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)。與應力腐蝕破裂相比，腐蝕疲勞裂紋主要為穿晶型。對金屬材料進行陰極極化,可使裂紋擴展速度明顯降低。第139頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三腐蝕疲勞腐蝕疲勞既可以是僅有一條裂紋，也可以有多條裂紋并存(多處成核)根據(jù)斷口特征可以準確的把應力腐蝕與腐蝕疲勞區(qū)別開來并多呈鋸齒狀和臺階狀；微觀上裂紋一般沒有分支且裂紋尖端較鈍不銹鋼在任何腐蝕介質(zhì)中均可產(chǎn)生腐蝕疲勞

如何判斷機械疲勞和腐蝕疲勞？由于鋼強度提高，不銹鋼疲勞斷裂消失或壽命延長，則可斷定原斷裂為機械疲勞；如果提高了鋼的耐蝕性或排除了腐蝕介質(zhì)的作用后，不銹鋼疲勞斷裂消失或壽命延長，則可斷定原斷裂為腐蝕疲勞第140頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三腐蝕疲勞影響因素１）材料、腐蝕性環(huán)境、循環(huán)應力。２）因熱應力、振動或差異熱膨脹，開裂更易在交變應力作用下發(fā)生于點蝕或局部腐蝕的環(huán)境中。３）與純機械疲勞相比，腐蝕輔助疲勞沒有疲勞負載極限。腐蝕使疲勞可以在一個較低的應力和循環(huán)次數(shù)下發(fā)生，通常導致多條并行裂紋的生長。４）開裂起始在應力集中的位置，如點蝕、缺口、表面缺陷、截面變化或角焊縫。第141頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三損傷外觀或形貌１）是一個脆性的開裂，裂紋多數(shù)為穿晶，和應力腐蝕開裂一樣，但沒有分支，通常導致多條并行裂紋的生長２）疲勞開裂表現(xiàn)為非常小的塑性變形，除非是伴隨著機械過載的塑性變形。３）在循環(huán)鍋爐，損傷首先發(fā)生在支柱附件的水側(cè)。裂紋為環(huán)繞支柱附件和水冷壁管之間焊縫的環(huán)向開裂。在橫截面，裂紋可能表現(xiàn)為有大量波辮的球根狀。裂紋尖端可能有點鈍，充滿了氧化物，并且穿晶。４）硫化環(huán)境，裂紋有相近的外觀，充滿硫化物垢。５）對轉(zhuǎn)動設(shè)備，多數(shù)開裂為有很少分支的穿晶開裂。腐蝕疲勞第142頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三腐蝕疲勞和應力腐蝕的不同點：應力腐蝕是在特定的材料與介質(zhì)組合下才發(fā)生的，而腐蝕疲勞卻沒有這個限制，它在任何介質(zhì)中均會出現(xiàn)。應力腐蝕破壞時，只有一兩個主裂紋，主裂紋上有分支小裂紋，而腐蝕疲勞裂紋源有多處，裂紋沒有分支。在一定的介質(zhì)中，應力腐蝕裂紋尖端的溶液酸度是較高的，總是高于整體環(huán)境的平均值。第143頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2.8磨損腐蝕磨損腐蝕也稱為沖刷腐蝕。當腐蝕性流體在彎頭、三通、變徑管等處突然改變方向，對金屬及金屬表面的鈍化膜產(chǎn)生機械沖刷破壞作用，同時又對不斷露出的金屬表層發(fā)生激烈的電化學腐蝕，而造成的腐蝕損傷。主要原因是鈍化膜的破損第144頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

(3)流速對金屬材料腐蝕的影響是復雜的，當液體流動有利于金屬鈍化時，流速增加將使腐蝕速度下降。流動也能消除液體停滯而使孔蝕等局部腐蝕不發(fā)生。只有當流速和流動狀態(tài)影響到金屬表面膜的形成、破壞和修復時，才會發(fā)生磨損腐蝕。(4)液體中含量懸浮固體顆粒(如泥漿、料漿)或氣泡，氣體中含有微液滴(如蒸氣中含冷凝水滴)，都使磨損腐蝕破壞加重。影響因素耐磨損腐蝕性能與它的耐蝕性和耐磨性都有關(guān)系。表面膜的保護性能和損壞后的修復能力，對材料耐磨損腐蝕性能有決定性的作用。第145頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三典型腐蝕率(mdd)1英尺/每秒(1)4英尺/每秒(2)27英尺/每秒(3)材料碳鋼鑄鐵硅青銅海革黃銅Hydraulic青銅G青銅鋁青銅(10%Al)鋁黃銅GO-10CuNi(0.8%Fe)TO-30CuNi(0.05%Fe)Monel(Ni70Cu30)316型不銹鋼HastelloyC鈦344512475252<1<11<1072-22012----<1<10--25427034317033923610599199394<130

(1)浸入海潮中(2)浸入人工海水溝中(3)掛在浸沒的轉(zhuǎn)盤上不同流速的海水對金屬的腐蝕第146頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三

磨損腐蝕的兩種重要形式

●●湍流腐蝕和沖擊腐蝕高速流體或流動截面突然變化形成了湍流或沖擊，對金屬材料表面施加切應力，使表面膜破壞。湍流形成的切應力使表面膜破壞，不規(guī)則的表面使流動方向更為紊亂，產(chǎn)生更強的切應力，在磨損和腐蝕的協(xié)同作用下形成腐蝕坑第147頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（a）（b）（c）（d）

湍流造成磨損腐蝕坑的機理

第148頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三●●空泡腐蝕

空泡腐蝕(Cavitationerosion)又叫氣蝕、穴蝕。當高速流體流經(jīng)形狀復雜的金屬部件表面在某些區(qū)域流體靜壓可降低到液體蒸氣壓之下，因而形成氣泡在高壓區(qū)氣泡受壓力而破滅。氣泡的反復生成和破滅產(chǎn)生很大的機械力使表面膜局部毀壞，裸露出的金屬受介質(zhì)腐蝕形成蝕坑。蝕坑表面可再鈍化，氣泡破滅再使表面膜破壞。第149頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三（1）形成氣泡（2）氣泡破滅，膜破壞（3）重新成膜（4）形成新氣泡（5）氣泡破滅，膜毀壞（6）重新成膜

空泡腐蝕各步驟示意圖（根據(jù)Henlee）第150頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、壓力管道的腐蝕的主要形式及機理2.2.9冷凝液腐蝕對于含水蒸氣的熱腐蝕性管道，在保溫層終止處或破損處的內(nèi)壁，由于溫度局部降至露點以下，發(fā)生冷凝現(xiàn)象，從而造成冷凝液腐蝕。也稱為露點腐蝕。第151頁，講稿共170頁，2023年5月2日，星期三腐蝕防護的基本途徑（1）