过程装备腐蚀与防护-第三章-final

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1、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

2、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PO20，金属不可能发生氧化，而是氧化物

3、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

4、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

5、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

6、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)－

7、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

8、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