过程装备腐蚀与防护第二章

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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2章影响局部腐蚀的结构因素本章提示：主要针对金属的局部腐蚀进行研究，其中包括由于受力而产生的应力腐蚀、疲劳腐蚀、磨损腐蚀、氢致腐蚀；表面状态和几何因素引起的小孔腐蚀、缝隙腐蚀；异种金属组合产生的电偶腐蚀以及由于焊接引起的晶间腐蚀等。全面腐蚀和局部腐蚀的比较力学因素表面状态和几何因素异种金属组合焊接因素2.1局部腐蚀和全面腐蚀比较(1)局部腐蚀和全面腐蚀的定义全面腐蚀(GeneralCorrosion)－腐蚀是在整个金属表面上进行。可事先预测。局部腐蚀(Loca

2、lizedCorrosion)－腐蚀只集中在金属表面局部特定部位进行，其余大部分几乎不腐蚀。事先无法预知，容易发生脆性断裂失效，危害性特别大。2.1局部腐蚀和全面腐蚀比较全面腐蚀8.5%应力腐蚀破裂45.6%腐蚀疲劳8.56%小孔腐蚀21.6%晶间腐蚀4.9%高温氧化4.9%氢脆3.0%Table－1:1976年日本Mitsubishi化工对服役10年的机械化工装置损坏调查2.1局部腐蚀和全面腐蚀比较(2)局部腐蚀和全面腐蚀的比较比较项目全面腐蚀局部腐蚀腐蚀形貌腐蚀分布在整个金属表面腐蚀破坏主要集中在一定区域腐蚀电池阴阳极在

3、表面上变化，阴阳极无法辨别阴阳极在微观上可以分析电极面积阴极=阳极阳极<<阴极腐蚀产物可能对金属具有保护作用无法保护作用2.2力学因素(1)应力腐蚀应力腐蚀破裂－指金属结构在应力和特定腐蚀环境共同作用下引起的破裂，StressCorrosionCracking-SCC。2.2力学因素应力腐蚀产生条件和特征①条件－敏感材料、特定环境和拉应力拉应力来自制造加工过程，例如剪、冲、切削等冷加工以及锻造、焊接、热处理造成的残余应力等。②特征SCC具有如下特征：ⅰ.材料本身对SCC的敏感性，纯金属不会发生SCC，而合金容易。ⅱ.有效应力

4、(工作应力和残余应力之和)低于某一临界值时，不发生SCC。2.2力学因素③特定组合环境对给定的材料只有其对应的特定环境下才能发生SCC。例如碳钢的OH-、低合金高强度钢－潮湿的大气④滞后效应包括孕育期、裂纹扩展期、快速断裂期。2.2力学因素⑤SCC裂纹形态晶间形（碳钢）、穿晶形（镁合金）和混合型（钛合金）。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

5、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

6、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)，

7、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

8、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(E