压力管道的腐蚀与防腐蚀

压力管道的腐蚀与防腐蚀

江苏省特种设备安全监督检验研究院缪春生目录一、金属腐蚀的概述二、压力管道腐蚀的主要形式及机理

三、土壤腐蚀一、金属腐蚀的概述

（一）金属腐蚀的定义与分类

1、金属腐蚀的定义金属材料受到周围介质相接触（最常见的是液体和气体），产生的化学或电化学作用而产生的破坏过程，称为金属腐蚀。2．金属腐蚀的分类——按的环境（腐蚀介质）分类，——按被腐蚀的材料分类。——按腐蚀的形式分类：有均匀腐蚀和局部腐蚀，常见的局部腐蚀形态有：点蚀、缝隙腐蚀、晶界腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢腐蚀等。——按照腐蚀反应的机理分类，可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀。一、金属腐蚀的概述

（二）金属腐蚀的原电池过程

一般来说，金属的电化学腐蚀要比金属的化学腐蚀强烈得多。金属的破坏大多数是电化学腐蚀所致。电化学腐蚀主要是由下列三个基本过程组成：阳极过程阴极过程电流的流动。这是分析腐蚀过程的基本原理。一、金属腐蚀的概述

（二）金属腐蚀的原电池过程

阳极过程——金属溶解成为金属离子并失去电子的过程阴极过程——从阳极流来的电子被吸收电子的过程电流流动——使整个系统中的电路构成通路。

一、金属腐蚀的概述

（二）金属腐蚀的原电池过程

金属腐蚀的原电池有宏电池和微电池两大类。1、宏电池——电偶腐蚀电池——浓差电池。（1）电偶腐蚀电池：当两种具有不同电极电位的金属或合金相互接触

一、金属腐蚀的概述

（二）金属腐蚀的原电池过程

（2）浓差电池：浓差电池的形成是由于同一种金属的不同部位所接触的溶液具有不同的浓度。如氧浓差电池：由于介质中氧的含量不同，就会因氧浓度的差别产生电位差。贫氧区的金属电极电位较低，则构成电池的阳极，富氧区的金属电极电位较正，则构成电池的阴极。

一、金属腐蚀的概述

（二）金属腐蚀的原电池过程2、微电池（1）金属化学成分的不均匀性。（2）金属组织上的不均匀性。晶粒的电极电位一般要比晶界高，所以电极电位较低的晶界遭受腐蚀。（3）金属物理状态的不均匀性。因金属加工过程的形变不均匀及内应力不均匀所致。一般形变较大或受应力的部分为阳极，易受腐蚀。（4）金属表面膜的不完整性。如果金属表面生成膜有孔隙或破损处，当金属与电解质溶液接触时，孔隙下和破损处的金属相对于表面膜有较负的电极电位，成为微电池的阳极。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理1、全面腐蚀也称均匀腐蚀，这是在管道较大面积上产生的程度基本相同的腐蚀。遭受全面腐蚀的管道，壁厚逐渐减薄，最后破坏。从工程的角度看，全面腐蚀并不是威胁很大的腐蚀形态，因为管道设计时可考虑足够的腐蚀裕度。但应注意的是，在管道使用过程中，腐蚀速度往往因环境恶化（如超温、加进腐蚀性成分等）而加剧，因此定期检验是十分必要的，通过定点测厚，掌握壁厚减薄的情况。可是在实际工程中不进行定期检验的情况颇多，管道因壁厚腐蚀减薄而发生事故的事例屡见不鲜。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理2、点蚀（1）定义：集中在金属表面个别小点上的深度较大的腐蚀称为点蚀，也叫孔蚀。（2）点蚀的形态特征：大多数情况下，蚀孔是比较小的。蚀孔之间有时互相孤立，有时十分靠近，密集在一起。蚀孔直径等于或小于深度，

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理二、压力管道腐蚀的主要形式及机理（3）点蚀的机理：蚀孔的形成——钝化膜的不完整部位（露头位错、表面缺陷等）作为点蚀源，在某一段时间内呈活性状态，电位变负，与其邻近表面之间形成微电池，并且具有大阴极小阳极面积比，使点蚀源部位金属迅速溶解，蚀孔开始形成。蚀孔的发展——已形成的蚀孔随着腐蚀的继续进行，小孔内积累了过量的正电荷，引起外部负电子的迁入以保持电中性，又进一步加速孔内阳极的溶解。这种自催化作用的结果，使蚀孔不断地向深入发展。

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理（4）点蚀发生的场合及防止措施：——奥氏体不锈钢管道在输送含氯离子或溴离子的介质时最容易产生点蚀。不锈钢管道外壁如果常被海水或天然水润湿，也会产生点蚀，这是因为海水或天然水中含有一定的氯离子。——敏化处理及冷加工会增加不锈钢点蚀的倾向；固溶处理能提高不锈钢耐点蚀的能力——碳钢管道也发生孔蚀，通常是在蒸汽系统（特点是低压蒸汽）和热水系统，遭受溶解氧的腐蚀

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理3、缝隙腐蚀（1）缝隙腐蚀的机理：缝隙腐蚀的机理一般认为是浓差腐蚀电池的原理即缝隙内和周围溶液之间氧浓度或金属离子浓度存在差异造成的。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理（2）缝隙腐蚀的场合：产生缝隙腐蚀的缝隙宽度，必须能使介质进入缝隙而又使这些介质处于滞留状态，因此腐蚀常常发生在缝隙口宽度在0.2mm或更小的场合。纤维类的垫片、盘根等，能使电解质溶液在靠近金属表面处完全滞留，因此容易产生严重缝隙腐蚀。如法兰垫片处、单面焊未焊透处等，

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理4、晶间腐蚀（1）晶间的腐蚀机理——“贫铬理论”不锈钢因含铬而有很高的耐蚀性，其铬含量必须要超过12%，否则其耐蚀性能和普通碳钢差不多。不锈钢在敏化温度范围内（450～850℃），奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬化合成，沿晶界沉淀析出。由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢，这样，生成铬化物所需的铬必然从晶界附近获取，从而造成晶界附近区域贫铬。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理二、压力管道腐蚀的主要形式及机理(2)晶间腐蚀的形态——晶间腐蚀是腐蚀局限在晶界和晶界附近而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀形态，其结果将造成晶粒脱落或使材料机械强度降低。——并不是在所有的工作介质中都会产生晶间腐蚀。晶间腐蚀只产生于一部分工作介质中。对于不锈钢材料，晶间腐蚀通常产生于高温有机酸介质中。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理(3)晶间腐蚀的防止措施：——尽量避免在敏化温度内工作，即450℃—850℃——减少碳的含量，采用低碳或超低碳不锈钢——加入容易与碳反应的金属元素，如用Nb及Ti稳定的不锈钢（347及321）

注意：刀口腐蚀的问题。是在焊接接头的熔合线处。的刀口腐蚀一般发生在用Nb及Ti稳定的不锈钢（347及321）。刀口腐蚀大多发生在氧化性介质中。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理5、磨损腐蚀——磨损腐蚀亦称冲刷腐蚀。对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的电化学腐蚀，从而造成比其他部位更为严重的腐蚀损伤。——如果流体中夹有汽泡或固体悬浮物时，则最易发生磨损腐蚀。——不锈钢的钝化膜耐磨损腐蚀性能较差，钛则较好。——蒸汽系统，H2S-H2O系统对碳钢管道弯头、三通的磨损腐蚀均较严重。

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理6、冷凝液腐蚀对于含水蒸汽的热腐蚀性气体管道，在保温层中止处或破损处之内壁，由于局部温度降至露点以下，将发生冷凝现象，从而造成冷凝液腐蚀，即露点腐蚀。7、涂层破损处的局部大气锈蚀对于化工厂的碳钢管线，这种腐蚀有时会很严重，因为化工厂区的大气中常常含有酸性气体，比自然大气的腐蚀性强得多。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理8、应力腐蚀破裂（SCC）金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的断裂破坏，称为应力腐蚀破裂。（1）应力腐蚀的机理：有多种机理解释应力腐蚀，但大都难以与现场的实际情况完全相符。机械—电化学模型

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理二、压力管道腐蚀的主要形式及机理——发生应力腐蚀破裂的时间有长有短，有经过几天就裂的，也有经过数年才开裂，这说明应力腐蚀破裂通常有一个或长或短的孕育期。——应力腐蚀裂纹呈枯树枝状，大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型（沿晶型）和二者兼有的混合型。——应力的来源，对于管道来说，焊接、冷加工及安装时残余应力是主要的。——并不是任何的金属与介质的共同作用都引起应力腐蚀破裂。某种金属材料只有在某些特定的腐蚀环境中，才发生应力腐蚀破裂。

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理（2）碱脆

金属在碱液中的应力腐蚀破裂称碱脆。碳钢、低合金钢、不锈钢等多种金属材料皆可发生碱脆。——碳钢：碳钢在氢氧化钠浓度在5%以上的溶液中都可能产生碱脆；碱脆的最低温度为50℃。最敏感的是：碱液的浓度为40%～50%；温度在沸点附近的高温区。裂纹呈晶间型。

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理——奥氏体不锈钢：氢氧化钠浓度在0.1%以上的浓度时18-8型奥氏体不锈钢即可发生碱脆，以氢氧化钠浓度40%最危险，这时发生碱脆的温度为115℃左右。

超低碳不锈钢的碱脆裂纹为穿晶型，含碳量高时，碱脆裂纹则为晶间型或混合型。当奥氏体不锈钢中加入2%钼时，则可使其碱脆界限缩小，并向碱的高浓度区域移动。

镍和镍基合金具有较高的耐应力腐蚀的性能，它的碱脆范围变得狭窄，而且位于高温浓碱区。

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理（3）不锈钢的氯离子应力腐蚀破裂

氯离子不但能引起不锈钢孔蚀，更能引起不锈钢的应力腐蚀破裂。不锈钢氯离子应力腐蚀裂纹是典型的枯树枝状穿晶型裂纹，并常常以孔蚀为起源。

发生应力腐蚀破裂的临界氯离子浓度随温度的上升而减小，高温下，氯离子浓度只要达到10ppm，即能引起破裂。发生氯离子应力腐蚀破裂的临界温度为70℃。具有氯离子浓缩的条件（反复蒸干、润湿）是最易发生破裂的。二、压力管道腐蚀的主要形式及机理——不锈钢氯离子应力腐蚀破裂不仅发生在管道的内壁，发生在管道外壁的事例也屡见不鲜，被认为是保温材料的问题，对保温材料进行分析的结果，被检验出含有约0.5%的氯离子。这个数值可认为是保温材料中含有的杂质，或由于保温层破损、浸入的雨水中带入并经过浓缩的结果。

二、压力管道腐蚀的主要形式及机理（4）硫化物腐蚀破裂（SSCC）

金属在同时含硫化氢及水的介质中发生的应力腐蚀破裂即为硫化物腐蚀破裂，简称硫裂。在天然气、石油采集，加工炼制，石油化学