选材误区案例

选材误区案例

根据腐蚀科学家的调查和估算，大量腐蚀损失是由于对腐蚀认识的无知而引起的。只要将已掌握的腐蚀科学和工程知识普遍推广，全部腐蚀损失中越1/4~1/5的损失完全可以挽回。由于每个行业、工厂、企业、交通运输等都存在用材和选材的问题，而绝大多数的工程技术和管理人员又不具备腐蚀科学的知识，或者知道的还不够完备，因此遇到某些腐蚀问题，由于选材者理解不够，往往步入误区，以致造成重大损失。以下总结了选择者易犯的十点错误（当然不限于这十点），如果所有科技、管理工作者能熟悉这类问题的正确处理办法，相信每年将会减少几亿、几十、百亿元的损失！(1)选材事先不查阅资料

除非却有把握，选材前必须查阅腐蚀数据和相关资料，因为腐蚀现象一般都复杂，新的腐蚀现象又不断出现。以为选材是件简单的事，是一个错误概念。由下例可以看出这种错觉造成损失的严重性。美国阿波罗登月计划中用钛合金贮槽贮燃料N2O4，有一次对20个钛槽作压力试验，因为N2O4危险，改用甲醇代做试液。由于甲醇和N2O4一些物性相似，试压时钛槽产生了应力腐蚀破裂，一次损失约150万美元。钛合金在甲醇中会产生应力腐蚀破裂，是在这次试压前十年就发现的事实，只要主管人员事前花一点时间查查文献，就能避免这笔庞大的浪费。

在国内，类似情况也屡见不鲜，如用18/8不锈钢作氯化镁、氯化钙的蒸发器；用铝容器装碱、水泥和石灰水；用铜和铜合金处理含氧的酸等，曾造成了大量不必要的损失。(2)认为不锈钢是万能耐蚀材料

除不锈钢外，还有人认为钛、锆或塑料也是万能材料。有些工厂不管什么腐蚀问题都用“白钢”（工厂中对不锈钢的惯称）去解决，结果往往造成浪费。不处在万能腐蚀材料！不锈钢有很多种，塑料品种更是五花八门。每种材料都有独特的物理、化学和化学性能。例如18/8铬-镍不锈钢在抗大气方面比碳钢优越的多（这是其名称来源），但对还原性酸（盐酸、稀硫酸）与碳钢一样的坏。而对氯离子的应力腐蚀破裂则远不及碳钢耐蚀。迷信“万能材料”，毛病也在不查资料，没有读一点有关材料腐蚀方面的书。(3)不重视大气、水、蒸馏水等的腐蚀

有些人认为只有强酸腐蚀型性强，其实并不尽然。影响腐蚀的因素很复杂，而且因材而异。以为大气、水、甚至蒸馏水腐蚀必然轻微，是错误的。18/8奥氏体不锈钢在几个ppmCl-的水中就可能产生应力腐蚀破裂，碳钢在含微量H2S的大气中也能产生应力腐蚀破裂。近年来发展的高强钢（马氏体钢，沉淀硬化钢，马氏体时效钢，屈服强度约）1034MPa）是很有用的材料，但应用不久连接发现在大气和纯水中都能发生应力腐蚀破裂。以上情况都曾引起严重事故，如设备破坏，桥梁塌陷，飞机失事等。

国内有些引进工厂因忽略了水的腐蚀，没有引进处理技术，自己又未脱善解解决，以至水腐蚀成了严重问题。总之，科技工作能“想当然”，应该科学的对待。(4)设计不考虑结构对腐蚀的关系

有些人在选材前也查数据，有时手册上认为腐蚀合格的材料结果腐蚀严重，这一般并非手册错误，而是腐蚀因素复杂，考虑欠周到之故。以下将依次讨论一些应该考虑而未予考虑，以至引起腐蚀的问题。其中，不考虑设计结构的影响可能为重要原因之一。

大量缝隙存在是主要的设计缺陷。完全避免固然很难，但应尽量减少缝隙，关键部位更应设法避免。缝隙将产生氧浓差电池，其后缝内酸化，引起急速腐蚀。当外部干后，缝内仍存积液体，继续腐蚀。如果经历反复的干、湿变化，那么缝内离子（如Cl-）会越来越浓，引起危险的应力腐蚀破裂。

以下图中是几个避免产生缝隙的例子。也可将缝隙填实，或用加油缓蚀剂的涂料保护缝面。除缝隙外，还有一些结构缺陷也应避免，如不易排液的死角，局部温度过高或过低的热点或冷点，引起腐蚀液冷凝的结构等。（5）

不注意电偶腐蚀

一个车间或一台设备内可能要采用几种不同材料，选材时不应孤立地考虑一台设备或者一个部件，而应周密地考虑与它接触或甚至距离较远有无它种材料构成的部件。不同材料接触由于二者电位不同将构成电池，引起电偶腐蚀。一般二种金属的电位差较大，则电位低的阳极金属腐蚀越大。金属标准电位次序在腐蚀或电化学书中可查出，在实际环境中可能有一些差异。例如在海水中测出的电位次序就与标准电位不同。如果铁和锌接触，锌的加速腐蚀不太大；铜和锌接触，则锌严重腐蚀。此外电极极化性能也有重要影响，如极化大，即使开路电位差大，腐蚀也不大；反之，如极化小，电位差虽不大，也能促进阳极腐蚀。

有时阴极也会受到破坏，如中性金属铅、锡等受阴极产生的OH-腐蚀；不锈钢氧化膜由于阴极还原作用，失去保护性；由于氢在阴极产生，氢原子渗入金属，则可能产生氢脆。

在电偶腐蚀中要注意面积因素，即阴极和阳极面积比例。如阴极大，阳极小，则阴极电流集中，电流密度大，容易穿孔。如阴、阳极面积接近，或阳极更大，则腐蚀均匀分布在阳极表面，危险不大。

违背上述原则常会造成代价高昂的损失。有一例子可以很好说明这类问题。国内有一工厂使用几百个钢槽，内涂酚醛漆保护。底部涂层因易被磨损破坏，引起产品污染，为了改进这一情况，钢槽底加衬不锈钢，顶部和槽壁是钢，钢壁和不锈钢底焊接。为防止腐蚀，钢壁涂漆直到焊缝下面稍许。开车后仅几个月槽壁鸠穿了许多小孔。这是因为涂层上存在许多微孔，孔底的钢与不锈钢槽底构成大阴极小阳极的电偶，以至腐蚀非常快，约达25mm/年。如果不用这种“改进”办法，槽壁一般可用10~20年。这是弄巧成拙的一例。补救办法是用涂料将不锈钢也“保护”起来，使阴极面积也减少。

还有一种简单的防止电偶腐蚀的方法，即当可能时在不同金属间加一非金属绝缘物，例如当不锈钢管和铝管连结时，中间加一段塑料管绝缘。（6）不考虑制造加工对腐蚀的影响

制造加工对腐蚀的一项重要影响是在设备上留下局部应力，在适合的环境中会产生危险的应力腐蚀破裂。应力来源很多，重要的有：焊接、切割、剪、冲、弯、铆、热处理、装配不适当、紧螺栓用力不均等。在设备运行过程中由于周期性加热，热膨胀、振动、回转、载荷等也能引起局部应力集中。

防止应力腐蚀破裂的一项有效方法，是通过热处理以消除应力。但是对非稳定性不锈钢来说，消除应力的退火温度730~870℃正是它的敏化范围，所以应力消除了，却又会引起晶间腐蚀，因此需要选用加钛或铌的稳定化不锈钢。

焊接不仅产生残余应力，又使焊缝附近达到敏化温度（约500~800℃），使奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀。使用稳定化钢或超低碳钢可得较好效果。另一个办法是对敏化钢采用高温固溶处理，即加热到1100℃左右，接着水淬。在1100℃下，敏化温度内产生的碳化铬溶解，得到较均化的合金。市场供应的奥氏体18/8不锈钢多数处于这种状态。但是对于大型设备固溶淬火很困难。淬火过程也必须注意控制，如果冷却慢，整个结构都易遭受晶间腐蚀。

如果了解制造加工可能对腐蚀产生深远影响，并加以妥善处理，可以避免许多重大腐蚀。（7）不考虑环境对强度的影响

设计均按照手册上的材料标准强度值进行设计，结果又许多设备在远低于名义屈服强度下发生意外的破坏事故。这是因为所有材料都不是理想材料，内部存在微缺陷和微裂纹。在腐蚀环境的作用下，又能促进应力腐蚀破裂。

近二十年来，由于利用断裂力学研究应力腐蚀破裂，一项重要成果就是能求出合乎使用的设计强度值。K的定义是：

K=σ

C为无限大班中裂纹长为1/2。对非极限板，加校正系数αo

K=ασ

K的单位是kgf/mm2·或kgf·mm-3/2,ksi

。

当拉应力增至σc（临界值），K达到Kc，Kc称为材料的断裂韧性，这时裂缝急速失稳扩散，发生脆断。当裂缝处于平面应变态时（厚板），这时的Kc称为平面应变断裂韧性，以K1c表示。

在腐蚀环境中具有断裂的材料还有一个重要参数，称为“应力腐蚀破裂临界强度因子”（K1scc），即在K1scc以下不会产生应力腐蚀破裂。K1scc低于K1c和名义屈服强度。在利用予裂缝事件进行应力腐蚀的研究中可以找到一个K值，低于此值时，裂缝延伸速度（dα/dt）等于零（如图），此值即K1scc，它很有用，可根据下式算出材料允许的裂缝最大深度α：

α=0.2（K1scc/σy）2

σy=屈服强度

设计均应该每一特定环境，找出材料的相应的K1scc

，同时由无损检查可找出材料中微裂纹深度，以此来评选安全、适用的材料。过去用名义屈服强度对付一切设备的设计，危险性很大，已造成许多意外事故。

设计工作还应考虑的一项强度值是疲劳极限。所谓“疲劳极限”是指钢和铁合金当承受交变应力值低于这一极限时，它讲可经无限周期而不产生疲劳破裂。对于其他合金，疲劳极限为在一定数量周期应力下不破裂的最大周期应力。在环境影响下，即有腐蚀存在时，疲劳极限不复存在，只有腐蚀疲劳极限。在腐蚀环境中工作的部件如果按照正常的疲劳极限来设计，自然可能过早报废。过去就曾发生过多次“意外”事故，包括飞机失事之类严重事故，设计人员必须利用腐蚀疲劳极限或应力腐蚀强度极限（临界强度因子）这类考虑了腐蚀影响的校正值。(8)腐蚀试验不结合实际

试验条件如果不符合实际，就会得出错误的结论。因此应尽量重现环境中一切因素。有些因素对腐蚀影响不大，也可不考虑，但是影响大的因素，即使只有微量，也绝不能忽视。例如微量Cl-和氧一般影响都很大，几个ppmCl-（加上微量）可以引起18/8铬镍不锈钢的应力腐蚀破裂。例如速度、温度、杂质、搅拌、焊缝、制造加工状态（锻、铸等）都应于试验中重现。

有些因素的影响需要通过试验才能搞清楚，有些因素模拟困难，尚未完全高清，如闭塞腐蚀电池中裂缝尖端微区的溶液成分，电化学状态，至今仍是需要进一步研究的课题。

下面是一个试验不结合实际的例子。为输石油的隔膜泵选一种合成橡胶进行试验，试验室运转数月结果表明良好。拿到汽车上用了几星期就坏了。原来是油中含硫化合物，试验中油循环使用，很快硫消耗光，反应就停止了。但是是车上的油始终是新鲜的，因此硫的腐蚀积累增加，引起迅速破坏。

再举一例，前面曾介绍一个电偶腐蚀引起的失败的事故，即用不锈钢槽底和碳钢壁焊接，槽壁用涂料保护，引起迅速穿孔。事后那家工厂进行了试验，宣称试验结果证明并不存在严重的电偶腐蚀。但检查它的试验方法，却是用面积相等的碳钢和不锈钢试件，将重要的面积因素（大阴极/小阳极）忽略了。用的又是沸腾的试液，据说目的是加速试验，但是沸腾却赶走了溶解的氧，反而降低了腐蚀。所以与实际不符的试验往往不能说明问题，而且可能会引起错误的结论。(9)不考虑环境细节和可能的变化

环境中有些看似很小、影响却大的因素决不能忽略。例如铜对不含氧的稀硫酸腐蚀性很好，如果酸中含饱和氧，腐蚀就会增加很多倍，如果忽略了酸中溶解的微量氧，选材将会产生多么大的错误！

而且环境是可能变化的，一个有经验的选材者应尽可能掌握各种有影响的变化情况。例如浓硫酸可用碳钢作槽和官，耐蚀性尚好，但当酸放空后，壁上粘附的酸会吸收大气中水气变稀，引起腐蚀。补救方法就是设备内应总是充满浓酸。

开车和停车状态与正常运转不同，开始时条件尚未稳定，温度可以能过高或过低，浓度也波动；停车后清洗不彻底，积存有腐蚀性液体等。此外如温度随季节变化，湿度也经常变化，这些都应予以考虑。

再举一例：有一湿法磷酸厂，原来生产正常，突然发现腐蚀严重了，工艺条件并无变化。经检查，只有原料磷酸钙来源改变，问题就出在这里。以前的原料含杂质CaF2和SiO2。CaF2在酸中产生氢氟酸，但是与SiO2中和：

SiO2+6HF

H2SiF6+2H2O

因此不显示腐蚀性。新原料中只有CaF2，不含SiO2，产生的氢氟酸保留在液中，因而使设备腐蚀。这种情况在选材时难以预料到，但如果理解这些通则，发生问题后则可较容易查出原因。(10)防腐蚀措施不适当

有人以为只要是防腐蚀性方法，用上去就行，不管用得是否适当，用多用少。其实不然，防腐措施用的不合理、就不能取得预期效果、有时还会得到相反的效果。

有工厂为防止水