过程装备腐蚀与防护第二版课件 教学课件 作者 闫康平 陈匡民 主编第2章 影响局部腐蚀的结构因素.ppt

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1、第二章影响局部腐蚀的结构因素局部腐蚀类型很多，影响因素亦很复杂，但主要是结构因素、环境因素、材料因素。本章从结构设计的角度讨论力学、表面状态与几何形状、异种金属组合、焊接等因素对局部腐蚀的影响。§2—1力学因素§2—2表面状态与几何因素§2—3异种金属组合因素§2—4焊接因素§2—1力学因素机械结构上存在或外加不同性质应力产生应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀。是金属结构拉应力和特定腐蚀环境共同作用下引起的破裂。如：塔设备入孔衬里结构腐蚀（图2—1）泵体与管线刚性连接的腐蚀破裂（图2—2）不锈钢胀管颈部的破裂（图2—3

2、）一、应力腐蚀破裂（SCC）1.应力腐蚀产生的条件(i)敏感材料：合金比纯金属容易产生，几乎所有合金材料都易产生，并与合金成分、金相、热处理都有很大关系。(ii)拉应力：指载荷工作应力，制造加工过程残余应力,如剪、冲、切、锻、焊等。(iii)环境因素：特定腐蚀介质,与其性质、浓度、温度有关。如P50表2-1课堂互动课堂互动P502.应力腐蚀破裂速度与裂纹形貌(1)腐蚀过程：(i)潜伏期或诱导期：腐蚀引起裂纹或蚀坑阶段；(ii)裂纹扩展阶段；(iii)破裂期：失稳纯力学裂纹扩展阶段。(2)断裂速度：裂纹端口形貌：宏观上

3、属脆性断裂，微观上属塑性流变痕迹。断面有裂纹分叉现象，形貌呈海滩条纹、羽毛状、扇子形、冰糖块等症状。形状与应力、介质、合金有关。(3)裂纹形态：晶间型、穿晶型、混合型。3.腐蚀机理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。理论对裂纹的发展和断裂认识是一致的：认为化学因素及力学理论密切相关，是电化学腐蚀和应力机械破坏相互促进的结果。4.影响因素和控制途径影响因素：冶金、应力、环境。有效控制是消除这三方面的有害因素。（1）控制应力：产生应力腐蚀破坏所需的最

4、小应力值称临界应力。降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下；（2）合理设计与加工，减少局部应力集中。选用大的曲率半径采用流线型设计关键部位适当增厚（或改变结构型式）焊接接构采用对接等等具体示例(ax)（3）降低对SCC的敏感性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的敏感性采用退火处理消除内应力对高强度铝合金，通过时效处理，改善合金的微观结构，避免晶间偏析物的形成，提高SCC的敏感性（4）其他方法合理选材:根据介质选择与之非组合材料，耐蚀材料。减弱介质腐蚀性：去除介质中的有

5、害成分,除氧，加缓蚀剂。降低温度：把温度降至产生应力腐蚀的临界温度以下。采用阴极保护:外加电源或牺牲阳极。二、腐蚀疲劳腐蚀介质和变动负荷(交变应力)联合作用而引起金属的断裂破坏。变动负荷：指负荷大小、方向随时间发生周期性变化。如：往复泵、输送热流体管道、传热设备、反应釜发生拉压应力，温度应力的腐蚀疲劳。1.产生条件：任何腐蚀环境只要循环应力存在都可发生。2.撕断特征：裂纹多为穿晶型，短而粗裂缝群，裂纹分支较少，表面被腐蚀产物覆盖。3.影响因素：pH值低，含氧高，温度高，腐蚀疲劳寿命短。变动负荷以对称拉压交变应力影响为

6、最大，大幅度、低频率的交变应力更容易加快腐蚀疲劳。4.腐蚀疲劳过程：力学—电化学过程。5.控制途径：(i)合理设计:降低部件应力，减少应力集中，加大危险截面尺寸；(ii)采用表面覆盖层：镀锌、镉，阳极氧化，非金属涂层等；(iii)介质中加缓冲剂,表面氧化、高频淬火、喷丸等；(iv)阴极保护：牺牲阳极。三、磨损腐蚀腐蚀性流体与金属构件表面相对运动而引起金属的腐蚀损坏。不同于单纯摩擦损失，介质是气体、液体、悬浮固体或气泡液体。机械力加电化学共同作用，如离心泵叶轮、搅拌器腐蚀。图2—211.磨损腐蚀的特殊形式：（1）湍流腐

7、蚀：流体速度达到湍流状态而导致加速金属腐蚀的一种形式。湍流腐蚀机理金属设备几何形状突变，流速急剧增大形成湍流，高速流体击穿了紧贴金属表面的边界液膜，湍流结果加速了去极剂的供应和阴、阳极腐蚀产物的迁移，使阴、阳极的极化作用减小；高速湍流对金属表面产生了附加的剪切力，使腐蚀产物不断剥离。是机械破坏与电化学腐蚀对金属共同破坏的结果。腐蚀表面：呈深谷或马蹄形凹槽。（2）空泡腐蚀（穴蚀、气蚀）：腐蚀介质与金属构件做高速相对运动形成涡流时，气泡在金属表面反复形成和崩溃而引起金属破坏。在高速流有压力突变的区域最易发生空蚀。空泡腐蚀

8、历程：是由电化学腐蚀与气泡破灭的冲击波对金属联合作用所致。空泡腐蚀机理流速足够高时，液体的静压力将低于液体的蒸汽压，使液体蒸发在低压区形成气泡，高压区压过来的流体使气泡崩溃，产生的冲击波强烈的锤击金属表面，破坏表面膜，使膜下金属的晶粒产生龟裂和剥落。(i)保护膜上形成气泡；(ii)气泡破灭，保护膜被破坏；(iii)暴露的新鲜金属表面遭受腐蚀，由