腐蚀与防护-8-1.ppt

2020 3 14 1 腐蚀与防护 杨兵 2020 3 14 2 第八章金属腐蚀防护方法 研究腐蚀机理 探讨腐蚀规律 了解发生腐蚀的原因及影响腐蚀的相关因素 主要目的就是指出高效简便 切实可行的防止金属材料或设备腐蚀的得力措施 达到防蚀 减蚀 缓蚀 免蚀的目的 以控制腐蚀造成的破坏 延长材料或设备使用寿命 由于腐蚀本身的复杂性 腐蚀防护技术涉及范围很广 内容十分丰富 实践中应用最广的腐蚀防护措施有 1 正确选材和合理设计 2 改善腐蚀环境 3 电化学保护 4 表面保护 本章就常用防腐措施的原理予以讨论 2020 3 14 3 第一节防腐设计 防腐设计就是预防腐蚀破坏和损失而进行的设计 也即防腐意识在设计过程中的体现 通常 防腐设计包括 1 正确选材 2 防腐结构设计 3 防腐强度设计 4 防腐工艺设计 5 防腐措施的选择 2020 3 14 4 在进行防腐设计前 必须首先了解构件或设备所处的腐蚀环境和可能出现的腐蚀问题 即必须了解造成腐蚀的环境因素 其次要了解构件或设备的运行状态及设计寿命 材料受载的类型及水平 用以判断有无发生应力腐蚀及腐蚀疲劳的危险 在做好充分的调查研究及掌握必要的资料信息后 才能展开正式的设计过程 2020 3 14 5 一 正确选材材料选择不当 常常是造成腐蚀破坏的主要原因 正确选用对环境介质具有耐蚀性的材料 是腐蚀防护中最积极的措施 然而 不管何种金属材料 只是在一定介质和工作条件下才有较高的耐蚀性 在一切介质和任何条件下都很耐蚀的材料是没有的 现在可作为设备使用的材料 除以钢铁为代表的各种金属材料外 还包括复合材料和非金属材料 2020 3 14 6 欲正确选材须 1 掌握各种金属 合金及可供选用材料的耐蚀性能目前国内外都有多种汇编手册 搜集各种材料在不同介质中的腐蚀数据资料 这些资料的积累为正确选材提供了宝贵的经验 比如我国 出版的 腐蚀数据手朋 金属腐蚀手册 金属防腐蚀手册 等都是帮助我们正确选材的得力助手 2 了解类似构件或设备的腐蚀事故 从事故调查的分析记录中吸取教训目前许多国家都日益重视腐蚀事故调查及事故处理的资料积累 这些资料的积累为人们正确选材从另一个方面提供了宝贵的经验教训 2020 3 14 7 事实上 腐蚀数据的掌握并不能代替腐蚀事故资料的积累 不论何种构件或设备 都会由于多方而因素的变化而改变其环境介质的腐蚀性和材料的耐蚀性能 由此造成意想不到的腐蚀事故 许多事故分析的结果表明造成腐蚀事故的主要原因并不是选材本身的问题 而是诸如原材料 特别是化工类原材料 的质量 操作人员的技术水平或熟练程度 设备的维修管理等无法预料的原因导致的 而这些方面的影响在材料的腐蚀数据中大多是无据可查的 查阅事故调查材料 不仅为选材过程提供经验 而且也可以作为设计人员向操作者 维修者和管理者提出相应规范的依据 2020 3 14 8 3 掌握热处理状态与材料耐蚀性能的关系大多数金属材料 特别是高强 超高强材料都是在相应的热处理状态下使用的 越是重要的构件 易损的构件 选用高强材料的可能性就越大 而高强材料的耐蚀行为与普通材料不同 研究表明 材料的强度水平越高 越容易发生低应力脆断 对诸如氢脆 应力腐蚀 腐蚀疲劳之类的在应力和介质两方面因素共同作用下的破断越敏感 所以掌握热处理状态与材料耐蚀性能的关系 保证材料在满足力学性能要求的前提下具有满意的耐蚀性能是合理选材的重要环节 2020 3 14 9 4 熟悉材料可供采用的防护手段目前金属材料的防护途径是多种多样的 但是对于具体的材料 环境介质 服役状态 可供选择的防护手段又是有限的 选择适宜的可靠的防护措施 不仅可以扩大材料的选取范围 还为兼顾其它方面的性能要求开辟了更大的余地 所以熟悉材料可供采用的防护手段 可为合理选材创造更好的条件 当然 上述几点是围绕金属材料的防腐选材而言 在防腐选材中还必须考虑材料的其它性能 如材料的力学性能 工艺性能 物理性能 经济性能等 2020 3 14 10 二 防腐结构设计合理的结构设计对于腐蚀控制十分重要 因为即使选用了性能良好的耐蚀材料 也会由于结构设计不合理而造成水分和其它腐蚀介质的积存 局部过热 应力集中 流体涡流等 从而引发多种形态的局部腐蚀 加速构件的腐蚀破坏 造成严重的腐蚀后果 可以这样讲 合理选材主要侧重于控制材料的全面腐蚀 而合理的结构设计主要是为控制材料的局部腐蚀 2020 3 14 11 防腐结构设计主要从下述方面考虑 1 尽量避免水分及尘粒的积存 水溶性介质及尘粒的积存会引起并加速有关部位的局部腐蚀 因此应尽量避免可能使水分及尘粒积存的结构 见图 2020 3 14 12 2 正确选择连接方式结构设计中 同种材料或异种材料的连接是不可避免的 各种连接方式都可能引发缝隙腐蚀或电偶腐蚀 因此必须重视正确选择连接方式 常用的连接方式有配合尺寸连接 螺纹连接 铆接 焊接 粘结和法兰盘连接等 各种连接方式都有各自的特点 从防腐角度看 粘结不仅无缝隙 而且粘接剂多为绝缘体 粘结剂形成膜可隔绝被连接件的直接接触 有利于防止电偶腐蚀 所以是最佳的连接方式 当然对于别的连接方式 只要采取可靠的对应措施 也可以避免或减轻发生局部腐蚀的趋势 故针对具体情况 合理选择连接方式并辅之以相应的防腐措施是防腐结构设计中的重要内容 2020 3 14 13 3 防止环境差异引起的腐蚀由于环境差异会形成多种宏观腐蚀电池 导致阳极区的局部金属发生严重腐蚀 比如由于温度差形成温差电池 由于通气差异形成氧浓差电池 由于浓度差形成盐浓差电池等 它们都属于环境差异电池 基于这类因素造成的腐蚀 都属于环境差异腐蚀 在结构设计中 应当注意避免局部金属之间的环境差异 比如将加热器安置于溶液的中间 防止形成环境差异电池 减轻或消除由于环境差异造成的腐蚀 4 防止各种局部腐蚀结构设计合理与否 与发生多种形式的局部腐蚀有密切的关系 诸如电偶腐蚀 缝隙腐蚀 应力腐蚀 湍流腐蚀等都可能由于不合理的结构设计而引发 2020 3 14 14 三 防腐强度设计防腐强度设计的主要问题归纳起来为下面三点1 腐蚀裕量腐蚀裕量的留取是针对全面腐蚀而采取的对策 在最初设计时 并未考虑腐蚀过程对结构强度造成的影响 在计算出构件尺寸后 根据材料在整个使用寿命期间发生的腐蚀来留取适当的余量 加大构件尺寸 以保证原设计的寿命要求 2020 3 14 15 2 局部腐蚀的强度计算局部腐蚀类型是多种多样的 而且因材料 环境 条件不同而异 遗憾的是目前达很难根据局部腐蚀造成的强度损失 采用强度计算公式对腐蚀余量进行估计 对于沿晶腐蚀 孔蚀 缝隙腐蚀等只有采取正确的选材或控制环境介质 注意结构设计等措施来防止 对于应力腐蚀或腐蚀疲劳 如果数据资料齐备 可以进行断裂力学设计 2020 3 14 16 3 加工过程引起的强度变化在加工或施工过程中 可能引起材料强度特性发生变化 如酸洗或电镀中材料吸氢会引起氢脆 焊接过程引起热影响区的焊缝腐蚀及力学性能的变化等 使材料在使用中发生低于设计应力水平下的破坏 所以在加工 施工中应严格遵守工艺规程 并采取有效的补救措施 2020 3 14 17 四 防腐工艺设计 无数事实表明 金属材料的加工制造和装配与腐蚀事故的发生关系密切 许多腐蚀问题是由于不合理的工艺过程留下的严重隐患造成的 因此必须高度重视防腐工艺设计 下面就加工环节中应考虑到的防腐措施作一扼要介绍 一 机械加工 1 金属材料进行机械加工成型工艺时应保证较小的残余应力 2 金属材料经过机械成型加工后应及时进行消除应力热处理 3 磨光 抛光及喷丸处理有助于提高材料耐蚀性 4 保证机械加工表面光洁度 特别是在应力集中处 5 机械加工中使用的切削冷却液 应对加工材料无腐蚀性 6 对某些零件应采取必要的工序间防锈措施 2020 3 14 18 二 热处理 1 应防止金属高温氧化和脱碳 最好采用真空热处理 可控气氛热处理 感应加热处理或使用热处理保护涂料 2 对有氢脆敏感性的材料如高强钢 超高强钢及钛合金 不能在含氢气氛中加热 3 对易产生晶间腐蚀和应力腐蚀的材料 应避开敏感的热处理温度 并严格遵守工艺规程 4 对于在腐蚀性介质中处理的工件 应及时清除腐蚀性残留物 5 对于可产生较大残余拉应力的热处理 在最终热处理后 须采取消除应力措施 6 表面淬火 化学热处理等有助于提高材料耐蚀性 若有条件或可能时 应尽量采用 2020 3 14 19 三 锻造和挤压 1 应控制锻件流线末端的外露 2 对有较大残余应力的锻件应采取消除应力措施 3 某些锻造工艺对提高耐蚀性有利 如对高强度铝合金来说 自由锻比模锻更有利于提高锻件的抗应力腐蚀能力 四 铸造 1 尽量采用精密铸造工艺 减少铸件的孔洞 砂眼 2 若有可能应尽量除去铸件表面的多孔层或进行封孔处理 3 避免铸件上镶嵌件与铸件之间较大的电位差 减轻电偶腐蚀的危害 2020 3 14 20 五 焊接 1 从防腐角度看 对接焊比搭接焊好 连续焊比断续焊和点焊好 若有可能 最好以粘接代替焊接 2 焊材成分应与基体成分相近 或焊条材料电位比基体更正一些 避免大阴极 基体 小阳极 焊缝 的不良腐蚀组合 3 焊缝处的热影响区容易发生局部腐蚀 应采取必要的保护措施 4 焊接后 焊缝处的残渣应及时清理干净 以免残渣引起局部腐蚀 5 点焊件 断续焊件及单面搭接焊件 宜采用涂漆或喷涂金属等方法 6 焊接和表面处理二者在工序上应有合理按排 2020 3 14 21 六 表面处理许多零件或构件都要经过电镀 氧化 涂漆等各种表面处理 这些工序虽然属防腐措施 但若处理不当也会腐蚀工件或留下腐蚀隐患 1 脱脂 酸洗等表面处理工序可能产生过腐蚀或渗氢 应慎重处理 2 电镀 氧化处理后要及时清理残留的各种腐蚀性介质 3 酸洗 电镀后要考虑除氢处理 4 联结件或组合件一般先进行表面处理 然后联结或组合 5 对于破损的表面处理层应及时返工或修补 6 对高强 超高强度钢 铝 镁 钛合金等 应严格遵守相应的要求和规定 2020 3 14 22 七 装配 1 装配前应检查和核实零件的镀层是否正确 保护层是否有损伤 零件是否已发生腐蚀等 2 易于发生腐蚀的零件 不允许赤手装配 防止手汗对零件的腐蚀 3 装配时注意不要造成过大的装配应力 4 对不宜接触的材料不能装配在一起 5 对有密封要求的部位 在装配中要保证密封质量 6 装配中及装配结束后应及时进行清理检查 除去灰尘