壓力容器金屬材料的腐蝕類(lèi)型及其試驗(yàn)方法

一、均勻腐蝕

均勻腐蝕(又稱(chēng)全面腐蝕)是指在整個(gè)合金材料表面上以比較均勻的方式發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。其形貌特征是當(dāng)發(fā)生全面腐蝕時(shí)，材料的厚度逐漸變薄，甚至腐蝕穿透。

全面腐蝕是機(jī)械設(shè)備在實(shí)際使用中發(fā)生腐蝕失效的基本形式。全面腐蝕代表材料總的重量損失。這種腐蝕通?？梢酝ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的浸泡試驗(yàn)，或查閱腐蝕方面的文獻(xiàn)資料，或憑生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)加以預(yù)測(cè)，便于估計(jì)設(shè)備的壽命。在選用耐蝕材料時(shí)，其耐全面腐蝕性能是耐蝕性的最基本的性能。

均勻腐蝕試驗(yàn)最常用的是重量法，即將試樣置于試驗(yàn)介質(zhì)中，經(jīng)一定時(shí)間后測(cè)量其質(zhì)量變化,求出其腐蝕速度。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T7901—1999《金屬材料試驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》，代替了原標(biāo)準(zhǔn)GB/T10124—1988。二、點(diǎn)腐蝕

鈍化型金屬之所以能抗腐蝕乃是由于其表面能形成一層具有保護(hù)性的鈍化膜。然而,一旦這層鈍化膜遭到破壞，而又缺乏自鈍化的條件或能力，金屬就會(huì)發(fā)生腐蝕，如果腐蝕僅僅集中在設(shè)備的某些特定點(diǎn)域，并在這些點(diǎn)域形成向深處發(fā)展的腐蝕小坑，而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現(xiàn)象，稱(chēng)為點(diǎn)腐蝕。

影響金屬材料點(diǎn)蝕性能的因素主要由兩個(gè)方面，材料和環(huán)境介質(zhì)。就材料本身，其影響因素包括合金成分、顯微組織以及金屬表面狀態(tài)。

目前大多數(shù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)(PREN)來(lái)表征不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能。對(duì)奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及鐵素體不銹鋼的PREN計(jì)算公式為:PREN=Cr+3.3Mo+16N(合金中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù))

PREN數(shù)值越大表明不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性越好。PREN只作為不銹鋼--般綜合耐蝕性的標(biāo)示方法,是耐蝕性的相對(duì)性能，用于不同成分牌號(hào)的耐蝕性排隊(duì)比較，而不是絕對(duì)的性能指標(biāo)。同時(shí)，PREN只考慮了合金成分，沒(méi)有充分考慮熱處理狀態(tài)，只適用于金屬材料特定狀態(tài)下耐蝕性能的比較，如奧氏體、雙相不銹鋼的固溶態(tài)，鐵素體不銹鋼的退火態(tài)。

點(diǎn)腐蝕的試驗(yàn)方法主要有電化學(xué)方法和化學(xué)浸泡法。

電化學(xué)方法主要是測(cè)量試樣的不銹鋼擊穿電位。其標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17899—1999《不銹鋼點(diǎn)蝕電位測(cè)量方法》。

化學(xué)浸泡法主要是采用三氯化鐵溶液進(jìn)行點(diǎn)腐蝕化學(xué)加速試驗(yàn)。其標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17897—2016《金屬和合金的腐蝕不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)方法》。三、晶間腐蝕

晶粒間界是結(jié)晶方向不同的晶粒間紊亂錯(cuò)合的界域，因而，它們是金屬中各溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物(如碳化物和σ相等)沉淀析出的有利區(qū)域。在某些腐蝕介質(zhì)中，晶粒間界可能先行被腐蝕。這種沿著材料晶粒間界先行發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的局部破壞現(xiàn)象,稱(chēng)為晶間腐蝕。

不銹鋼和合金的晶間試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)是GB/T4334—2008《金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法的試樣、試驗(yàn)溶液、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件和步驟，試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定及試驗(yàn)報(bào)告。

該標(biāo)準(zhǔn)適用于檢驗(yàn)不銹鋼晶間腐蝕，包括以下試驗(yàn)方法:

1、方法A—不銹鋼10%草酸浸蝕試驗(yàn)方法。

適用于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的篩選試驗(yàn)，試樣在10%草酸溶液中電解浸蝕后，在顯微鏡下觀察被浸蝕表面的金相組織，以判定是否需要進(jìn)行方法B、方法C、方法D、方法E等長(zhǎng)時(shí)間熱酸試驗(yàn)。在不允許破壞被測(cè)結(jié)構(gòu)件和設(shè)備的情況下，也可以作為獨(dú)立的晶間腐蝕檢驗(yàn)方法。

2、方法B—不銹鋼硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗(yàn)方法。

適用于將奧氏體不銹鋼在硫酸、硫酸鐵溶液中煮沸試驗(yàn)后，以腐蝕速率評(píng)定晶間腐蝕傾向。

3、方法C—不銹鋼65%硝酸腐蝕試驗(yàn)方法。

適用于將奧氏體不銹鋼在65%硝酸溶液中煮沸試驗(yàn)后，以腐蝕速率評(píng)定晶間腐蝕傾向。

4、方法D—不銹鋼硝酸-氫氟酸腐蝕試驗(yàn)方法。

適用于檢驗(yàn)含鉬奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。用溫度為70C的10%硝酸和3%氫氟酸溶液中的腐蝕速率，同基準(zhǔn)試樣腐蝕速率的比值來(lái)判定晶間腐蝕傾向。

5、方法E—不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法。

適用于檢驗(yàn)奧氏體、奧氏體-鐵素體不銹鋼在加有銅屑的硫酸-硫酸銅溶液中煮沸試驗(yàn)后，由彎曲或金相判定晶間腐蝕傾向。四、縫隙腐蝕

縫隙腐蝕是在電解質(zhì)溶液中(特別是含有鹵素離子的介質(zhì))，在金屬與金屬或非金屬表面之間狹窄的縫隙內(nèi)，由于溶液的移動(dòng)受到阻滯，在縫隙內(nèi)溶液中氧耗竭后，氯離子即從縫隙外向縫隙內(nèi)遷移，又由于金屬氯化物的水解自催化酸化過(guò)程，導(dǎo)致鈍化膜的破裂，因而產(chǎn)生與自催化點(diǎn)腐蝕相類(lèi)似的局部腐蝕。它可能破壞機(jī)械連接的整體性和密封性，給設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的障礙或失效,甚至出現(xiàn)破壞事故。

縫隙腐蝕通常發(fā)生在一些電解質(zhì)溶液(特別是含有鹵素離子時(shí))停滯的縫隙中或屏蔽的表面內(nèi)。在通用機(jī)械設(shè)備中，法蘭的連接處，與鉚釘、螺栓、墊片、墊圈(尤其是橡膠墊圈)、閥座、松動(dòng)的表面沉積物以及附著的海洋生物等相接觸處，還有列管換熱器脹管間隙處等，都容易發(fā)生縫隙腐蝕。需要指出的是，即使沒(méi)有氯離子存在，也可能產(chǎn)生縫隙腐蝕。

其常用的試驗(yàn)方法有:三氯化鐵化學(xué)浸泡和電化學(xué)方法兩種。

三氯化鐵化學(xué)浸泡法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10127—2002《不銹鋼三氯化鐵縫隙腐蝕試驗(yàn)方法》。五、應(yīng)力腐蝕

機(jī)械設(shè)備零件在應(yīng)力(拉應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強(qiáng)度極限的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象，致使設(shè)備和零件失效，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

根據(jù)介質(zhì)的主要成分為氯化物、氫氧化物、硝酸鹽及含氧水等，而分別稱(chēng)為氯裂(氯脆或氯化物開(kāi)裂)、堿裂(堿脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂與單純由機(jī)械應(yīng)力造成的開(kāi)裂不同，它在極低的負(fù)荷應(yīng)力下也能產(chǎn)生開(kāi)裂;它與單純由腐蝕引起的開(kāi)裂也不同，腐蝕性極弱的介質(zhì)也能引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。其全面腐蝕常常很輕，而且沒(méi)有變形預(yù)兆，即發(fā)生突然斷裂，應(yīng)力腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)中危害性最大的一種惡性腐蝕類(lèi)型。

機(jī)械設(shè)備和部件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)必須同時(shí)滿足材料、環(huán)境、應(yīng)力三者的特定條件。

根據(jù)應(yīng)力加載的方法不同，應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法主要可分為以下四類(lèi)。

1、恒變形法

給予試樣—定的變形，對(duì)其在試驗(yàn)環(huán)境中的開(kāi)裂敏感性進(jìn)行評(píng)定。

2、恒載荷法

即把單軸拉伸型的試樣沿軸向施加應(yīng)力，在腐蝕介質(zhì)中試驗(yàn)，比較斷裂時(shí)間的長(zhǎng)短，或利用應(yīng)力與斷裂時(shí)間的關(guān)系曲線，來(lái)提出應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界應(yīng)力σscc。

3、慢應(yīng)變速率法

是在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的慢應(yīng)變速率應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)上，使試樣在腐蝕介質(zhì)中以一定的應(yīng)變速度拉伸，直至斷裂。分析試樣的破斷情況和斷口特征等，以評(píng)定其應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。

4、斷裂力學(xué)法

使用楔形張開(kāi)加載型試樣進(jìn)行研究，對(duì)預(yù)先制有裂紋的試樣給以各種K值,測(cè)定裂紋停止擴(kuò)展的臨界值KIscc。

其標(biāo)準(zhǔn)有GB/T4157—2017《金屬在硫化氫環(huán)境中抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》、GB/T17898—1999《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》、GB/T10126—2002《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》。

在GB/T21433—2008《不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)釋義(“鍋容標(biāo)委”組織編寫(xiě)，黃嘉琥編著)-書(shū)中，表1-1詳細(xì)對(duì)比說(shuō)明了晶間腐蝕與晶間型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要