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容器－腐蚀第五章

压力容器腐蚀

•5.1金属材料腐蚀知识概述
•腐蚀分类
•a、按腐蚀机理分类：
•电化学腐蚀、化学腐蚀
•b、按腐蚀破坏形式分类：
•均匀腐蚀、局部腐蚀
•局部腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、成分选择性腐蚀等
•c、按腐蚀环境分类：
•高温腐蚀、湿腐蚀、土壤腐蚀、沉淀腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、钒腐蚀、氧腐蚀、盐腐蚀、环烷酸腐蚀、氢腐蚀、硫化氢腐蚀、连多硫酸腐蚀、海水腐蚀、硫化氢-氯化氢-水型腐蚀、硫化氢-氢型腐蚀、硫化氢-氧化物-水型腐蚀等

•金属电化学腐蚀原理与阴阳极反应
•放入水或其他电解质中
•有电极电位差存在
•按伽凡尼电位序
•钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(A1)、锌(Zn)、镉(Cd)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钖(Sn)、铝(Pb)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)
•可能导致电位差的因素
•不同材料、同一材料内的化学或物理性质不均匀（成分偏析、金相组织差异、残余应力（焊接、冷变形））

•典型的阴极反应

•压力容器常见的电化学腐蚀类型
•1.点蚀
•点蚀现象
孔蚀是高度局部的腐蚀形态。金属表面的大部分不腐蚀或腐蚀轻微,只在局部发生一个或一些孔。孔有大有小，一般孔表面直径等于或小于孔深。
•点蚀机理：
Cl、Br、I使钝化膜破损、电位差、闭塞电池、PH值下降、Cl离子进入、HCl形成等
•防止点蚀的措施：
1、含Mo不锈钢
2、酸洗钝化
3、避免死角、保证介质流动顺畅

•2.缝隙腐蚀
•现象：一种特殊的点蚀现象,常和孔穴、垫片底面、搭接缝、表面沉积物、螺栓帽和铆钉下的缝隙中积存的少量静止溶液有关。
•不锈钢对缝隙腐蚀特别敏感
•机理：
•Evans理论——内外金属离子浓度差形成浓差电池
•Fontane-Greene——氧浓差理论，缝隙内外氧的浓度差形成浓差电池作用。缝隙内局部优先溶解，发生阴极和阳极反应。氧消耗使缝隙内阴极反应受抑制，生成的OH-减少，Cl-补充进入缝隙——生成金属盐——水解生成盐酸——pH值降低——腐蚀加剧
•避免缝隙腐蚀的措施
•与点蚀相同

•3.电偶腐蚀
•机理：两种不同电位金属电极构成的宏观原电池的腐蚀电位高的成为阳极，腐蚀加剧。电位低的为阴极，腐蚀减轻。
•减少电偶腐蚀倾向的措施
1、选用电位差小的金属组合
2、避免小阳极、大阴极，减缓腐蚀速率
3、用涂料、垫片等使金属间绝缘
4、采用阴极保护

•4.晶间腐蚀
•奥氏体和铁素体不锈钢特有的一种腐蚀形式
•在晶界及附近区域发生选择性腐蚀
•主要危害——使金属破碎、强度丧失

•5.应力腐蚀破裂
•材料在应力和腐蚀介质共同作用下的破裂，简称SCC(StrainCorrosioncrack)
•三个必要条件——应力（一般指拉应力）、腐蚀介质、敏感的材料
•重要影响因素——温度、介质组分、材料成分、微观组织状态、应力
•应力来源——工作载荷、焊接残余应力、冷变形应力、热应力等
•开裂特点——与主要的应力源应力方向垂直、在扩展过程中一般会发生分叉现象

•6.氢致开裂
•湿硫化氢环境下的一种钢的损伤形式
•机理：在湿硫化氢环境中钢发生电化学腐蚀过程中产生的氢原子进入钢中,并在钢的内部缺陷部位(主要是非金属夹杂物与金属基体的界面)聚集成氢分子，使局部压力升高到104MPa
•炼油装置中容易发生氢致开裂的设备：
•汽油稳定蒸馏塔顶冷凝器、加氢脱硫装置中的成品冷却器、汽提塔塔顶冷凝器、油田集输油管线
•氢致开裂的特点
•主要在塑性夹杂物部位开裂、裂纹有分段、并平行于钢板表面等特征。

•7.氢腐蚀和高温损伤
•机理：钢暴露于高温高压氢环境中，氢吸附、渗透及扩散等过程进入钢的内部，并于钢种的碳元素发生化学反应，生成甲烷（CH4），同时使钢的的局部发生脱碳现象。随着甲烷气体在微观缺陷部位（主要是晶界处）的聚集，导致内压升高并引发裂纹的产生。
•化学反应式：Fe3C+4H=3Fe+CH4
•氢腐蚀的判定：奈耳逊曲线（1997年版）
•发生的条件：温度、氢分压
•微观特征：表面——脱碳现象
•内部——局部脱碳现象、晶界裂纹
•典型装置——合成氨装置中的氨合成塔

•8.腐蚀疲劳
•在交变应力和腐蚀介质共同作用下发生的破坏
•主要在振动部件如：
•泵的轴、杆、螺旋浆轴、油气井管以及承受交变热应力的换热器管和锅炉管上发生
•断口特征：宏观断口与疲劳断口有一定相似性，但断口上可见明显的腐蚀产物存在。裂纹越深、缺口效应越严重，尖端应力水平上升，腐蚀电位升高，腐蚀加剧等。
•不锈钢在任何腐蚀介质中均可产生腐蚀疲劳
•由于钢强度提高，不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长，则可断定原断裂为机械疲劳；
•如果提高了钢的耐蚀性或排除了腐蚀介质