过程装备腐蚀与防护第三章final

过程装备腐蚀与防护讲授人：刘新宝专业：过程装备与控制工程西北大学第3章金属在某些环境中的腐蚀本章提示：主要针对金属在特定环境下的腐蚀进行研究，具体如下：高温腐蚀大气腐蚀土壤腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀硫化氢腐蚀辐照环境下的腐蚀3.1高温腐蚀(1)金属的高温氧化与氧化膜面腐蚀的定义高温氧化的热力学条件金属不仅在氧气和空气中可以发生高温氧化，在氧化性气体CO2，水蒸汽，SO2中也可以发生高温氧化。

金属氧化-狭义的金属氧化是指金属与环境介质中的氧化合而生成金属氧化物的过程。反应式如下：广义的金属氧化就是金属与介质作用失去电子的过程，氧化反应产物不一定是氧化物，也可以是硫化物、卤化物、氢氧化物或其他化合物，可以下式表示：M→Mn++nexM

+Yx=MxYy3.1高温腐蚀高温氧化倾向的判断—自由焓准则：将金属高温氧化反应方程式写成

当G<0，金属发生氧化，转变为氧化物MO。G的绝对值愈大，氧化反应的倾向愈大。当G=0，反应达到平衡。当G>0，金属不可能发生氧化；反应向逆方向进行，氧化物分解。当PO2>PMO，G<0，金属能够发生氧化，二者差值愈大，氧化反应倾向愈大。当PO2=PMO，G=0，反应达到平衡。

当PO2<PMO，G>0，金属不可能发生氧化，而是氧化物分解。2.2力学因素应力腐蚀机理电化学溶解理论－存在活性途径优先进行，阳极侵蚀处形成狭小裂纹。

小阳极的裂纹内部大阴极的金属表面由于活性阴离子Cl－填充到裂纹处，使浓缩的电解质溶液水被酸化，导致裂纹尖端的阳极溶解加速，在应力作用下裂纹不断扩展，直至破裂。2.2力学因素应力腐蚀保护①降低设计应力在空气条件下，

K1-应力强度；-拉应力；a-裂纹深度；Y-修正系数；K1c-材料临界断裂韧性。在腐蚀条件下同样存在K1SSC(小于K1c，通常为1/2-1/5)。

2.2力学因素

②合理设计与加工减少局部应力集中选用对接焊接结构、大的曲率半径、采用流型设计等。

2.2力学因素③降低材料对SCC的敏感性退火热处理消除残余应力，时效处理改善合金组织（消除晶间偏析）降低对SCC的敏感性。④其他方法合理选材，采取阴极保护。(2)疲劳腐蚀疲劳断裂－金属构件在变动负荷作用下，经过一定周期后所发生的断裂。疲劳腐蚀－由腐蚀介质和变动负荷的联合作用而引起的断裂破坏。

循环应力以交变的张应力和压应力(拉-压应力交替变化)最为常见。如海上、矿山的卷扬机牵引钢索、油井钻杆、深井泵轴等。脉动应力为交变应力和拉伸应力的叠加。如凿岩机所承受的是脉动应力。2.2力学因素疲劳腐蚀特点

不存在疲劳极限。疲劳腐蚀判据－断口形貌裂纹多为穿晶型，断口大部分有腐蚀产物覆盖，小部分断口较为光滑，呈脆性断裂。在扫描电镜观察下，断口呈贝壳状，或带有疲劳纹断口。2.2力学因素疲劳腐蚀影响因素

pH值、温度、含氧量以及变动负荷(大振幅、低频)，pH值越小、温度越高以及含氧量越大，疲劳腐蚀机理蚀孔应力集中理论力学－电化学交互作用，金属内部位错滑移面上的原子处于较高的自由能而成为阳极，暴露于新鲜金属表面产生溶解。当金属受压应力时，即逆向滑移，不能复原，从而形成裂纹源，交变应力往复，裂纹不断扩展沿滑移面扩展。2.2力学因素疲劳腐蚀预防

①

合理选材

一般来说抗点蚀能力高的材料，其腐蚀疲劳极限也较高；而应力腐蚀断裂敏感性高的材料，则其腐蚀疲劳极限也低。但是应注意的是提高金属或合金抗拉强度对改善疲劳有利，但对腐蚀疲劳有害，由于高强度材料能阻止裂纹成核，但一旦产生裂纹，裂纹的扩展速度和低强材料相比更快。

②

腐蚀措施

常用的有涂层、缓蚀剂及电化学保护。采用这些措施时，应注意表面层的残余内应力及渗氢问题。介质中添加铬酸盐或乳化油，均可延长钢材的腐蚀疲劳的寿命。采用阴极保护，已广泛用于海洋金属结构的防腐蚀疲劳中，但注意出现氢脆问题。2.2力学因素(3)磨损腐蚀磨损腐蚀(Erosion-Corrosion)－腐蚀介质与金属构件以较高速度作相对运动而引起的金属腐蚀破坏，也叫冲刷腐蚀。

影响因素

①

耐磨损腐蚀性能与它的耐蚀性和耐磨性都有关系。

②表面膜的保护性能和损坏后的修复能力，对材料耐磨损腐蚀性能有决定性的作用。

③

流速：流速对金属材料腐蚀的影响是复杂的，当液体流动有利于金属钝化时，流速增加将使腐蚀速度下降。流动也能消除液体停滞而使孔蚀等局部腐蚀不发生。只有当流速和流动状态影响到金属表面膜的形成、破坏和修复时，才会发生磨损腐蚀。

④

液体中含量悬浮固体颗粒(如泥浆、料浆)或气泡，气体中含有微液滴(如蒸气中含冷凝水滴)，都使磨损腐蚀破坏加重。2.2力学因素磨损腐蚀的两种形式－湍流腐蚀、空泡腐蚀①湍流腐蚀(冲击腐蚀)高速流体或流动截面突然变化形成了湍流或冲击，对金属材料表面施加切应力，使表面膜破坏。湍流形成的切应力使表面膜破坏，不规则的表面使流动方向更为紊乱，产生更强的切应力，在磨损和腐蚀的协同作用下形成腐蚀坑。2.2力学因素

②空泡腐蚀(Cavitationerosion)，又叫气蚀、穴蚀。当高速流体流经形状复杂的金属部件表面在某些区域流体静压可降低到液体蒸气压之下，因而形成气泡在高压区气泡受压力而破灭。气泡的反复生成和破灭产生很大的机械力使表面膜局部毁坏，裸露出的金属受介质腐蚀形成蚀坑。蚀坑表面可再钝化，气泡破灭再使表面膜破坏。2.2力学因素磨损腐蚀的防护

合理的结构设计与正确地选材。结构设计要避免涡流和湍流的形成。选择能形成保护性好的表面膜材料，例如碳钢管在输送含硫介质时形成的硫化膜等。2.勺2力学急因素(4拒)氢致傅腐蚀氢致焦腐蚀翼－由明氢引致起的电金属旨材料窝力学筒性能合的破仓坏现幻玉象，阴在外算界应渠力作满用下浪更容特易发愿生。城主要域于金烤属中松的捕吗氢量蒸和缺倍陷开抄裂的船临界意氢浓筋度有狮关。甘内氢悔来源展于冶套炼、温热处羞理、代铸造西、焊镜接、穗酸洗怀等。价外氢纺来源灯于含倡氢的顶介质傍。分袋为如存下几贴类：①氢腐朋蚀－高要温条性件下忠氢与蚀金属驴的化号学作根用引戴起的绑不可璃逆腐绒蚀（芳第3章）孝。②氢鼓剃泡或乘氢开汗裂－由坡于分区子在谣夹杂认或基岁体交愉界处巩积聚姿成很芹高的首压力秩，引缎发表想面氢较鼓泡HB或内练部氢瓜致开维裂HI塑C。其垮中受稀介质编、温常度和止夹杂奥物的土影响都较大蓄。酸牢性越昏大，殿越容销易引昂起；HB主要角出现绩于室熊温；崭降低更夹杂宋有利寒改善植材料遣对HB或HI槽C的敏悦感性白。③氢脆－氢待与金董属由介于物险理作碰用引党起的患可逆裂腐蚀话。金懂属中戚的氢螺在应廊力梯惯度作味用下现向高临的三花向应悬力区莲富集削，当经浓度糕超过羞临界愉值时输，在警应力诱场的啄联合阿作用扬下导光致材攀料开针裂。姓裂纹护通常号不在秆表面顶，很廉少分轿枝，倾而且妙不连焦续。友可通邻过适寨当的腰热处承理工缴艺使悉氢从由材料酱中逸宣出来拿消除阀。2.与2表面丈状态座和几掘何因皇素(1崖)孔蚀-p混it不ti踪蝶ng瞎c熟or诉ro培si狠on定义金属巧的大提部分胶表面灶不发士生腐室蚀或遍腐蚀吵很轻异微，触但局昂部地镜方(粗糙翼界面喘的不馆连续斑保护栋膜)出现今腐蚀改小孔障并向时深处咱发展号的现完象，计称为常小孔垃腐蚀被或点留蚀。小孔球腐蚀粥是一兄种破给坏性吧和隐堆患大全的腐兄蚀形酱态之踪蝶一。县在金州属失柿重不凶大的秋情况男下，舌设备舍就会言发生帅穿孔税破坏责，造穷成介释质流托失，糕设备刃报废介。2.阻2表面液状态眯和几扬何因桥素小孔踢腐蚀懒机理小孔到腐蚀稍的过握程包骡括：①在钝开态金糕属表蓄面上鹿小孔肿的成身核－着孔蚀楼核－主役要与怪活性暗阴离造子有鹊关，Cl－，蚀设孔优证先在骑一些森敏感符位置量上形笑成，揉这些最敏感钳位置(即腐妹蚀活锦性点)包括岭：晶姑界(特别工是有延碳化肌物析跨出的演晶界)，晶密格缺以陷；古非金馒属夹耗杂，卵特别心是硫汽化物两，如Fe绳S、Mn豪S是最乎为敏尾感的塘活性友点；插钝化绳膜的旺薄弱勿点(如位忌错露肃头、缘瑞划伤愿等)。2.侵2表面金状态统和几妹何因伴素②矮小孔劲的成提长－瞒闭塞亲电池保模型形成姑的蚀涉孔处采于活视态，旋电位织较低蜜；而艰蚀孔阿周围增的金妙属表挨面处宽于钝锦态，仿电位靠较高肉；构夫成了奥活态应－钝猛态微看电池押：孔内议金属翠氧化雨：Fe欠→F雅e2＋＋2eNi恰→慈Ni2＋＋2e镰C蔑r涨→C绕r2＋＋2e孔外起发生州阴极黑：1/吩2O2+H2O+尾2e鹊→2迅OH-孔外笼金属消阴极皇保护同，处狐于钝秀态。孔内踏富集锹氧离哪子，晋为了萄保持悦电中枕性。阴离看子不叠断迁侄入，舌形成铺了氯院化物Fe插Cl2。可进棍一步编水解M2＋Cl2＋2H2O→洞M(疼OH缓)2孤↓+范HC混l自催孔化酸扯性作途用2.壤2表面相状态典和几拉何因垫素孔蚀雅发生临的条纲件具有贡钝化哨膜的摆金属际表面橡，同信时钝秋化膜询有破门损，分即腐炸蚀电捕位处颜于钝孔化膜冬破损膏的某格一区倒域。Ebr－孔平蚀电局位或临坐界破晌裂电哄位，Ep－保涉护电纸位或序钝化电位捞。电位>Ebr发生姿孔蚀Ebr>电位>Ep不产直生新雨蚀核违，原眼有的蚀核锤长大电位<Ep不产缘瑞生新育的蚀岛核，套原有查的也钝学化而穷停止您发展Ebr越高惨，耐穷孔蚀利性越倾好；Ep越大集，金序属表外面的盼钝化各膜越北稳定毙。2.猪2表面底状态啄和几谜何因顾素Ebr影响出因素①闹材料扔因素晃自汉钝化共金属粱相对让耐点苦蚀能妈力高行；金通属的在表面赤粗糙贿核位挺错越变容易端形成梨点蚀捎。②棵环境狭因素景介顶质的动成分风、pH值以此及流坟速核依温度毕等。点蚀紫的防毫护①合理刷的选问材，味加入话适量觉的能部提高莫抗点匠蚀的俱合金腊元素住，如Cr、Mo、Ni等的嫂不锈廊钢改妨善表紧面处钱理工呜艺，蓝提高亚钝态抛稳定歪性。②捷降低赠环境仁介质取的有模害元碗素号特别卡是卤霜素离栏子③泼合理咏的结偷构设渐计④辣采用卖阴极毒保护担对境金属厦设备络、装茂置采霉用电吓化学冶保护纳是防齿止小驴孔腐座蚀发逼生的请较好般措施旋。阴望极极排化使脆电位鞭低于枯保护督电位Ep，使盼设备蚀材料银处于早稳定衔的钝泊化区化。⑤缘瑞缓冲悼剂唤封闭线系统插中采甘用缓彻冲剂码，不阵锈钢航采用矩硝酸晒盐、棕亚硝哗酸钠蹦等。2.骆2表面款状态耳和几雪何因岛素(2漠)缝隙稿腐蚀定义缝隙秃腐蚀杜－金壮属与领金属滑或与贿非金肆属之偶间存唉在很厕小的妻缝隙(0猎.0确25洞-0倍.1书mm球)时，脖缝隙筋内介雷质不颈易流晕动而坟形成沙滞留袖状态废，促睬使缝叹隙内阀的金泥属加势速腐尤蚀。缝隙待腐蚀感实例把：螺守纹连烈接、伪铆接巴板的砍接合馅面、鞋设备码底板指与基述础接腊触面价等。2.满2表面裳状态育和几腹何因房诚素缝隙凉腐蚀临机理目前包，大乐家较质能接脱受的摘机理除是，闪缝隙作腐蚀删的起辞因是知氧浓窗差电艺池的锄作用江，而抢闭塞蜡电池苗引起男的酸知化自浮摧化磁作用墙是造繁成缝嘱隙腐搞蚀加英速进赤行的帽根本忙原因凉。也超就是吴说，屈只有挠氧浓死差电谢池的稿作用桌，而冠没有变闭塞骗电池逮引起半的自夸催化幕作用扶，是蜂不能编构成寇严重忘的缝圈隙腐办蚀的辜。缝隙监内阳勿极Fe扒→F觉e2+十2e；缝盘隙外旬阴极1/鸣2O2+H2O+继2e世→2锐OH-。由献于阴映、阳芹极分轿离，舱二次巴腐蚀陡产物Fe度(O机H)3；在筝缝隙舅口形恳成，纯很快案发展冠为闭机塞电欧池。2.斑2表面熊状态兼和几辛何因相素缝隙躁腐蚀伙防护①译避免习形成云缝隙武或造核成表兄面沉吴积的栽几何杂构造2.丹2表面细状态早和几劲何因联素②请防止挽溶液养浓缩盆，避盖免积躲液和递死区2.无3表面荐状态扎和几泛何因众素电偶瓜腐蚀挖－ga姨lv尤an壤ic车c典or非ro免si什on定义异种炭金属责彼此映接触关或通吓过其斜他导串体连拦通，桃处于弓同一萌介质夹中，期会造昼成接昆触部碰位的钻局部掉腐蚀基。电取位低巩的金凝属溶恩解速挨度大斑，电洒位高插的溶亭解速奴度小庄。实该际为信不同腥电极巷构成工的宏届观腐会蚀电崖池所瞒致。2.历3表面判状态院和几复何因年素电偶踪蝶腐蚀紫原理扛－混胖合电怜位金属M1和M2分别筋发生喂共轭箭电极姨反应移：2.束3表面乱状态简和几掘何因奏素面积筛比与勤有效翠距离小阳贤极、威大阴回极的泉结构当危害镇，面纽奉积比Sk/Sa，析还氢反阶应(电化继学控插制)时，股阴极优电流用密度荒减小吸，氢慎的超哪电压截降低碍，阳纽奉极溶辉解加可速；前耗氧(扩散淘控制)腐蚀便时，昨阴极推面积捕增加霞，提脑高了趴扩散臂电流采，阳术极溶政解加乳速。应采墓用小耀阴极锐、大兵阳极傻的结齐构。电偶旺腐蚀通的因忧素①素金属垂材料探的电播极电覆位扇差值忧越大才，腐疮蚀②写面积坦效应伍避狸免小叨阳极诞、大帆阴极③纤溶液彻电阻镜腐糖蚀经小常集挠中在包结合脏（突挠起）涝处。④通环境来介质2.久3表面增状态攀和几忙何因局素电偶高腐蚀弹的防薪护①古选择悬相容出性材芽料沿由于窜所处精介质叛大多妇不是屋金属嫌离子险本身气，因蓄而不凉能使虚用标营准电溉动序狂来衡餐量。火通常盖要实催际测讽量。电位<5流0m跃V时，抗电偶革效应价可不考晶虑。2.劫3表面盆状态狠和几险何因伐素②班合理视的结膏构设殖计ⅰ.避免野小阳饥极、破大阴孟极的鞋结构剧。焊尽缝相婶对被段焊金文属时稠阴性搅的，赴螺钉简、铆哄钉也亡是阴充性的竭。ⅱ.将不筋同金庆属部蜓件相爸互绝补缘。ⅲ.插入狗其他肃金属规或采矿用涂杜层，以降朴低两辜种金柏属间掩的电南位差缸。ⅳ.将阳秋极材肯料换酬成廉立价材悼料，同时锁可适颠当增尊加厚陪度。③文电化亡学保便护－字牺牲圈阳极保护焦阴极2.想4焊接临因素(1逗)焊接隆缺陷男和腐繁蚀焊接暴表面秤缺陷焊瘤队－熔脆化金昼属流刃淌到到焊缝矩之外称未熔逝化部箱位堆阳积而舌成，呼与目廊材没他有融曾合。咬边得－在予工件镰上沿隐焊缝柱边缘贱所形买成的猾沟槽木会凹党陷。程电流厨过大膛、焊兼缝太败长等供。2.元4焊接吼因素异种堤金属悠焊接化工勺设备毛常采谢用异布种金汇属焊代接，明例如袍碳钢脏－不缩慧锈钢违，奥水氏体瓣不锈钢钢－肌铁素斑体不怒锈钢翻，复里合钢任板等车，如势果焊录缝金父属的悄电位苦远低枝于母呈体的获金属堂时，观就会旱形成看小阳就极、凡大阴援极的拒腐蚀雀环境包。因渔此焊只缝多酸选用禽电位独高的药金属茄焊条跳。焊接谜残余复应力焊接颈过程蛇是一盼个焊拼缝金成属凝毅