影响腐蚀的结构因素与防腐结构设计

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1、影响腐蚀的结构因素腐蚀过程总是从材料与介质界面上开始的，任何可能引起材料或介质特性改变的因素都会使整个腐蚀进展发生变化。影响腐蚀的结构因素举例结构设计、制造方法以及安装上的错误或者考虑不周，可能造成材料的表面特性和力学状态的改变（应力集中、焊接残余应力、温差应力、附近应力等）－－应力腐蚀破裂。异种材料组合－－电偶腐蚀结构几何形状不合理－－缝隙腐蚀均匀腐蚀与局部腐蚀的区别危害性：均匀腐蚀速率可测、破坏易防－－腐蚀裕量局部腐蚀局部腐蚀速率远远高于全面腐蚀、破坏无先兆、危害性大事故比例(日本十年化工机械破坏事例统计)：均

2、匀腐蚀：8.5%局部腐蚀：88%（应力腐蚀45.6%，孔蚀21.6%，腐蚀疲劳8.5%，晶间腐蚀4.9%，高温氧化4.9%,氢脆3.0%）局部腐蚀－－结构设计因素力学因素、几何因素、异种金属偶解等因素力学因素－－应力与腐蚀介质共同作用－－应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀应力腐蚀破裂（SCC）H2S溶液塔设备人孔衬里结构1—316L焊环2—20MnMo法兰3—316L衬里(3mm厚)4—316L人孔接管5—塔壁复合板（22g—316L）贴合不好－－局部间隙－－应力过高－－运行45天后－－100mm轴向裂纹力学因素碳钢碱泵

3、应力腐蚀破裂泵体与管线刚性连接－－法兰处附加应力大－－应力腐蚀开裂力学因素与其它设备管线连接的位差考虑不周－－管间空间死区－－溶液喷溅引起交替湿态与干态－－水中氯化物浓集－－不锈钢胀管颈部应力腐蚀开裂立式不锈钢冷凝器换热管应力腐蚀开裂力学因素应力与破裂时间的关系－－有效应力低于某一应力水平就不会发生SCC－－应力值越大，到达破裂的时间越短。应力腐蚀产生条件应力与腐蚀介质联合作用应力为拉应力：工作载荷、制造应力、装配应力（残余应力造成的SCC事故远高于工作应力所占比例，其中以焊接残余应力为最）力学因素应力腐蚀破裂速度

4、潜伏期（诱导期）－－腐蚀引起裂纹或蚀坑，受应力影响小，时间长－－约占破裂总时间的90%裂纹扩展阶段－－裂纹源或蚀坑发展到极限应力值破裂期－－失稳纯力学裂纹扩展阶段SCC断裂速度约为0.01~3mm/h，远远大于无应力存在时的局部腐蚀速度（如孔蚀等），但又比单纯力学断裂速度小得多。例如，钢在海水中的SCC断裂速度为孔蚀的106倍，而比纯力学断裂速度几乎低10个数量级－－应力水平不同力学因素（a）晶间裂纹；（b）穿晶裂纹；（c）混合型裂纹应力腐蚀破裂裂纹形态模式力学因素（a）沿晶断裂（晶间裂纹）：碳钢、高强钢、铝合金、

5、铜合金等，多半是沿晶断裂。（b）穿晶断裂（穿晶裂纹）：奥氏体不锈钢、镁合金等大多是穿晶断裂。（c）混合断裂（混合型裂纹）：钛合金应力腐蚀破裂裂纹形态金属－－环境体系不同，将出现不同的裂纹形态力学因素现有解释SCC机理的学说电化学阳极溶解理论氢脆理论膜破裂理论化学脆化－机械破裂两阶段理论腐蚀产物楔入理论应力吸附破裂理论应力腐蚀机理力学因素应力腐蚀破裂模型电化学阳极溶解理论应力腐蚀机理学说力学因素焊接、应力、冶金三方面材料一定：控制环境条件、消除(降低)应力(1).降低设计应力，使最大有效应力或应力强度因子降低到临界值

6、以下－－应力腐蚀破裂临界强度因子KISCC防止或减轻应力腐蚀的途径力学因素应力与裂纹深度的关系防止或减轻应力腐蚀的途径力学因素每一种材料在特定的腐蚀介质中的KISCC是一个常数，可实验测定。一般KISCC=0.2~0.5KIC，随材料强度级别的提高，KISCC/KIC的比值下降。瞬时K1与时间曲线力学因素薄壳体与厚板的焊接(2).合理设计与加工，减少应力集中力学因素壳体接管焊接壳体与凸缘焊接力学因素壳体与顶盖的厚壁容器开孔焊缝之间的等厚对焊接管焊接最小距离力学因素球形容器两种拼接法力学因素管体中最大径向应力位置力学

7、因素气轮机叶轮的SCC叶轮旋转时键槽边缘的应力分布叶轮的机械撕裂力学因素(3).采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善合金的组织结构，以降低对SCC的敏感性如：采用退火处理消除内应力(钢铁在500～600℃处理0.5~1h，然后缓慢冷却；奥氏体不锈钢可以加热到900℃左右再缓冷)(4).其它方法：合理选材、去除介质中有害成分、添加缓蚀剂、采用阴极保护等。力学因素疲劳的-N曲线1、力学疲劳曲线；2、腐蚀疲劳曲线；3、非铁金属的疲劳曲线腐蚀疲劳腐蚀疲劳和大多数有色金属的纯力学疲劳一样，都不存在疲劳极限。力学因素疲劳

8、断口特征示意图与应力腐蚀区别：裂纹多为穿晶型，且分支较少。腐蚀疲劳在任何介质中均有可能发生。力学因素产生条件：腐蚀性流体、相对运动速度较高、流体中含固体颗粒等。与磨损的区别：磨损腐蚀过程金属仍以金属离子形式溶入溶液，而磨损是以粉末形式脱落。举例：离心泵叶轮、搅拌器、阀门、弯头、换热器入口管等。形式分类：湍流腐蚀、空泡腐蚀(汽蚀)、微振腐蚀等。化工装置常见前两