压力管道的腐蚀与防护.ppt

压力管道的腐蚀与防护 山东省特种设备检验研究院申孝民 1 目录 第一节概述第二节压力管道的腐蚀的主要形式及机理第三节压力管道防腐蚀的主要方法 2 第一节 概述 腐蚀是金属与周围介质发生化学 电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象 化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏 化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀 电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象 3 腐蚀损失调查数据 材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1 8 4 2 左右 每年由于腐蚀可使大约10 20 的金属损失掉了 1975年 美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元 为当年国民生产总值的4 2 是当年水灾 火灾 地震 飓风等自然灾害损失 125亿美元 的5倍多 我国1980年十家化工企业由于腐蚀造成的经济损失约为当年生产总值的3 9 这个数值与许多国家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相当 2002年中国工程院的调查结果表明 我国腐蚀损失 包括直接和间接损失 达到4979 2亿元 4 1 1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 5 典型的阴极反应 6 1 2腐蚀电池 腐蚀电池的工作过程什么是腐蚀电池Zn H2SO4 ZnSO4 H2腐蚀电池的定义 只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池 腐蚀电池的特点 腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应 结果造成金属材料的破坏 腐蚀电池的阴 阳极短路 即短路的原电池 电池产生的电流全部消耗在内部 转变为热 不对外做功 腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行 7 HCl溶液 Zn Cu A K Zn Cu HCl溶液 Cu Cu Cu Zn a Zn块和Cu块通 b Zn块和Cu块直 c Cu作为杂质分过导线联接接接触 短路 布在Zn表面阳极Zn Zn Zn2 2e 氧化反应 阴极Cu 2H 2e H2 还原反应 8 形成腐蚀电池的原因 金属方面环境方面成分不均匀金属离子浓度差异组织结构不均匀氧含量的差异表面状态不均匀温度差异应力和形变不均匀热处理差异 9 腐蚀电池的种类 大电池 宏观腐蚀电池 指阳极区和阳极区的尺寸较大 区分明显 肉眼可辩 微电池 微观腐蚀电池 指阳极区和阴极区尺寸小 肉眼不可分辨 大电池的腐蚀形态是局部腐蚀 腐蚀破坏主要集中在阳极区 如果微电池的阴 阳极位置不断变化 腐蚀形态是全面腐蚀 如果阴 阳极位置固定不变 腐蚀形态是局部腐蚀 10 金属的钝化现象铁在浓硝酸中具有极低溶解速度的性质称为 钝性 相应地铁在稀硝酸中强烈溶解的性质叫做 活性 从活态向钝态的转变叫做钝化 金属的钝化现象具有极大的重要性 提高金属材料的钝化性能 促使金属材料在使用环境中钝化 是腐蚀控制的最有效途径之一 11 0102030405060HNO3 工业纯铁 Armco 的腐蚀速度与硝酸浓度的关系 温度25度 100005000 active passive passivation 12 对于钝态金属来说 腐蚀发生需要满足电位条件金属的电位在特定的电位以上才会发生腐蚀 该电位为临界电位 击穿电位或点 孔 蚀电位Eb 理论阳极极化曲线回扫 又达到钝态时对应的电位为再钝化电位或保护电位Ep 当E Eb时 点蚀迅速发生和发展 当Ep E Eb时 不产生新的蚀孔 已有的蚀孔可继续发展 当E Ep时 不发生点蚀 Eb值越高 材料耐点蚀性能越好 Eb与Ep越接近 表示钝化膜修复能力越强 阳极极化曲线示意图 13 钝态的特征 1 腐蚀速度大幅度下降 2 电位强烈正移 3 金属钝化以后 既使外界条件改变了 也可能在相当程度上保持钝态 4 钝化只是金属表面性质而非整体性质的改变 14 压力管道腐蚀的分类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 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 15 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 16 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 1均匀腐蚀均匀腐蚀 就是在管道上较大面积的产生程度基本相同的腐蚀 管道内表面遭受输送物料的全面腐蚀 管道外壁裸露表面遭受的大气锈蚀 17 全面腐蚀与局部腐蚀的比较 18 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 遭受均匀腐蚀的管道 壁厚逐渐减薄 最后破坏 从工程的角度看均匀腐蚀并不是危害最大的腐蚀形态 因为管道在设计时可以考虑足够的腐蚀裕度但是应该注意的是 在管道使用过程中 腐蚀速度往往因环境恶化而加剧 如超温 加进腐蚀性成分介质等 因此定期检验是十分有必要的 通过测厚 掌握壁厚减薄的情况 19 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2局部腐蚀定义局部腐蚀是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多 从而形成坑洼 沟槽 分层 穿孔 破裂等破坏形态 主要类型电偶腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀缝隙腐蚀小孔腐蚀应力腐蚀磨损腐蚀氢损伤 20 引起局部腐蚀的原因很多 1 异种金属接触引起的宏观腐蚀电池 电偶腐蚀 也包括阴极性镀层微孔或损伤处所引起的接触腐蚀 2 同一金属上的自发微观电池 如晶间腐蚀 选择性腐蚀 孔蚀 石墨化腐蚀 剥蚀 层蚀 以及应力腐蚀断裂等 3 由差异充气电池引起的局部腐蚀 如水线腐蚀 缝隙腐蚀 沉积腐蚀 盐水滴腐蚀等 4 由金属离子浓差电池引起的局部腐蚀 5 由膜 孔电池或活性 钝性电池引起的局部腐蚀 6 由杂散电流引起的局部腐蚀 21 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2 1点蚀集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为点蚀 也叫孔蚀 大多数情况下点蚀是比较小的 蚀孔之间有时是相互孤立的 也可能比较接近 22 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 点腐蚀集中于金属表面的局部区域范围内 并深入到金属内部形成孔状 点蚀和坑蚀 腐蚀的形态 点蚀 坑孔直径小于深度 腐蚀的破坏特征 1 破坏高度集中 2 蚀孔的分布不均匀 3 蚀孔通常沿重力方向发展 4 蚀孔口很小 而且往往覆盖有固体沉积物 因此不易发现 4 孔蚀发生有或长或短的孕育期 或诱导期 23 铝的点蚀现象碳钢的点蚀现象 24 二氧化碳引起的点蚀 Cr13型不锈钢的局部腐蚀 25 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 奥氏体不锈钢在输送含有氯离子或溴离子的介质时很容易发生点蚀 奥氏体不锈钢管道外壁裸露遭受雨水时常常发生点蚀 碳钢管道在蒸汽系统和热水系统中 在80 250 遭受溶解氧的侵蚀也常常发生点蚀 很多情况下点蚀是引起晶间腐蚀 剥蚀 应力腐蚀 腐蚀疲劳等局部腐蚀的起源 26 影响点蚀的因素 金属材料能够钝化的金属容易发生孔蚀 故不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高 金属钝态愈稳定 抗孔蚀性能愈好 孔蚀最容易发生在钝态不稳定的金属表面 对不锈钢 Cr M0和N有利于提高抗孔蚀能力 2 环境活性离子能破坏钝化膜 引发孔蚀 一般认为 金属发生孔蚀需要Cl 浓度达到某个最低值 临界氯离子浓度 这个临界氯离子浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标 临界氯离子浓度高 金属耐孔蚀性能好 缓蚀性阴离子缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生 27 pH值 在较宽的pH值范围内 孔蚀电位Eb与溶液pH值关系不大 当pH 10 随PH值升高 孔蚀电位增大 即在碱性溶液中 金属孔蚀倾向较小 温度温度升高 金属的孔蚀倾向增大 当温度低于某个温度 金属不会发生孔蚀 这个温度称为临界孔蚀温度 CPT CPT愈高 则金属耐孔蚀性能愈好 流动状态 在流动介质中金属不容易发生孔蚀 而在停滞液体中容易发生 这是因为介质流动有利于消除溶液的不均匀性 所以输送海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水排尽 28 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 防止点蚀的措施1 改善介质条件 降低溶液中的Cl 含量 降低温度 提高pH 使用缓蚀剂 用于不锈钢的缓蚀剂有硝酸盐 铬酸盐 硫酸盐和碱 最有效的是亚硫酸钠 减少氧化剂 除氧 防止Fe3 及Cu2 存在 降低温度 提高pH值等 2 选用耐点蚀的合金材料 近十几年来发展了很多耐点蚀不锈钢 含有较多的Ni和Mo 含有N 碳含量低于0 03 发展高Cr Mo 低C 0 03 的不锈钢 双相不锈钢及高纯铁素体不锈钢抗点蚀性能良好 Ti和Ti合金 29 3 对材料表面进行钝化处理 提高其钝化膜的稳定性 即提高材料的钝态稳定性 4 阴极保护 使电位低于Eb 最好低于Ep 使不锈钢处于稳定钝化区 实际上应用比较困难 5 提高溶液的流动速率 30 2 2 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 31 当管道输送的物料为电解质溶液时 在管道的内表面缝隙处 如法兰垫片处 单面焊未焊透处 均易发生缝隙腐蚀 不锈钢对缝隙腐蚀特别敏感产生缝隙腐蚀的缝隙宽度 必须能使介质进入缝隙而又使这些介质处于滞留状态 因此缝隙腐蚀常常发生在缝隙宽度在0 025 0 15毫米或更小的场合 宽度太小则溶液不能进入 不会造成缝内腐蚀 宽度太大则不会造成物质迁移困难 缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别 32 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 许多压力管道的组成件是由螺钉 铆 焊等方式连接的 在这些连接件或焊接接头缺陷处可能出现狭窄的缝隙 其缝宽 一般在0 025 0 15mm 足以使电解质溶液进入 使缝隙内金属与缝外金属构成短路原电池 并且在缝内发生强烈的腐蚀 纤维类的垫片 盘根 较易使电解质溶液在靠近金属表面处完全滞留 因此易发生缝隙腐蚀 33 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 缝隙腐蚀机理缝隙腐蚀是氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用的结果 在缝隙腐蚀初期 阳极溶解和阴极还原在包括缝隙内部的整个金属表面上均匀出现 但缝隙内的氧在孕育期就消耗尽了 缺乏氧的区域 缝隙内 电位较低为阳极区 氧易到达的区域 缝隙外 电位较高为阴极区 结果缝隙内金属溶解 金属阳离子不断增多 这就吸引缝隙外溶液中的负离子 如Cl 移向缝隙内 以维持电荷平衡 致使缝隙内溶液中的氧靠扩散补充 氧扩散到缝隙深处很困难 从而中止了缝隙内氧的阴极还原反应 使缝隙内金属表面和缝隙外自由暴露表面之间组成宏观电池 34 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 缝隙腐蚀的机理 35 36 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 缝隙腐蚀的影响因素 影响缝隙腐蚀的几何因素 环境因素 材料因素 37 影响缝隙腐蚀的几何因素 缝隙尺寸0 025 0 1mm之间 缝隙内外面积比缝隙腐蚀随缝隙面积的减小或缝隙外材料裸露面积的增大而增加 缝隙内区域被认为是阳极 而缝隙外区域为阴极 38 环境因素 卤离子和其他阴离子氯离子浓度越高 缝隙腐蚀电流增加 发生缝隙腐蚀的可能性越大 溶解氧在中性电解质内 溶液中氧浓度增加 缝隙外阴极反应随之增加 缝隙腐蚀量增加 温度温度升高 阳极反应加速 另一方面溶解氧浓度随温度升高而下降 对于不锈钢而言 80 时 缝隙腐蚀达到极大值 ph值随ph值降低 缝隙腐蚀越快 流速增加流速有可能减少发生缝隙腐蚀的机会 39 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 材料因素几乎所有的金属材料都会发生缝隙腐蚀 钝态的金属对缝隙腐蚀最为敏感 不锈钢中Cr Ni Mo N Cu Si等能有效提高钝化膜的稳定性和钝化 再钝化能力 是提高不锈钢的耐缝隙腐蚀性能的有效元素 40 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 防止或减少缝隙腐蚀的措施 1 设计要合理 尽量避免缝隙 设计时应避免积水处 设计管道时要使液体能完全排净 要便于清理和去除污垢 避免锐角和静滞区 死角 41 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 焊接比铆接或螺钉连接好 对焊优于搭焊 管道焊接时必须全焊透 避免产生焊孔和缝隙 3 螺钉接合结构中可采用低硫橡胶垫片 不吸水的垫片 聚四氟乙烯 或在接合面上涂以环氧 聚胺酯或硅橡胶密封膏 以保护连接处 或涂以有缓蚀剂的油漆 4 如果缝隙难以避免时 则采用阴极保护 如在海水中采用锌或镁的牺牲阳极法 42 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 5 实在难以解决时 改用耐缝隙腐蚀的材料 选用在低氧酸性介质中不活化并具有尽可能低的钝化电流和较高的活化电位的材料 其他耐缝隙腐蚀的材料有18Cr 12Ni 3MoTi 18Cr 19Ni 3MoTi等 一般Cr Mo含量高的合金 其抗缝隙腐蚀性也较好 6 带缝隙的结构若采用缓蚀剂法防止缝隙腐蚀 一定要采用高浓度的缓蚀剂才行 由于缓蚀剂进入缝隙时常受到阻滞 其消耗量大 如果用量不当 反而会加速腐蚀 43 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 图工程中常见的几种以导致腐蚀的缝隙 44 孔蚀和缝隙腐蚀的比较 孔蚀和缝隙腐蚀有许多相同之处 首先 耐蚀性依赖于钝态的金属材料在含氯化物的溶液中容易发生 造成典型的局部腐蚀 其次 孔蚀和缝隙腐蚀成长阶段的机理都可以用闭塞电池自催化效应说明 孔蚀和缝隙腐蚀不同之处 第一 孔蚀的闭塞区是在腐蚀过程中形成的 闭塞程度较大 而缝隙腐蚀的闭塞区在开始就存在 闭塞程度较小 第二 孔蚀发生需要活性离子 如Cl 离子 缝隙腐蚀则不需要 虽然在含Cl 离子的溶液中更容易发生 第三 孔蚀的临界电位Eb较缝隙腐蚀临界电位Eb高 Eb与Erp之间的差值较缝隙腐蚀小 在相同试验条件下测量 而且在Eb与Erp之间的电位范围内不形成新的孔蚀 只是原有的蚀孔继续成长 但在这个电位范围内缝隙腐蚀既可以发生也可以成长 45 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2 3选择性腐蚀机理是一种选择性腐蚀机理 合金的一个或多个成分被优先侵蚀 剩下一个低密度的多孔组织 机械性能显著降低 主要为铜合金 黄铜 青铜 锡 以及合金400和铸铁 损伤外观 损伤后 通常颜色有变化和深度浸蚀的外观 有些合肉眼检查时可能不明显 沿横截面的侵蚀是均匀的 层形 或是局部的 插入形 有时完全脱合金但外观尺寸没有明显变化 46 选择性腐蚀的控制措施 控制合金成分控制逐渐元素的含量 添加少量附加元素 热处理和组织控制大部分合金可以通过热处理来调整组织 来减小选择性腐蚀倾向 如铝青铜主要通过热处理来抑制脱铝 加入合金元素改变组织状态而抑制脱铝 如铝青铜加入硅 介质的处理和缓蚀剂将介质调解为中性缓解或消除选择性腐蚀加入少量硫酸亚铁可防止冷凝管的选择性腐蚀 其他防护方法电化学阴极保护和采用软钢作牺牲阳极 47 合金和遭遇脱合金的环境的组合 热氢氟酸中氧污染引起的蒙乃尔合金阀塞 阀口处 上的脱镍区域 选择性腐蚀 48 检查与检验 观察颜色变化 黄铜的脱合金后腐蚀呈现为粉红色 古铜色 石墨腐蚀使铸铁变为炭灰色 并且材料可用刀切割或钻凿 可应用声学方法和超声波衰减方法 金相法 脱合金后硬度降低 脆性增加 强度下降 选择性腐蚀 硅 黄铜合金脱锌后留下多孔红色铜 49 2 2 4晶间腐蚀晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中 沿着材料的晶粒间界受到腐蚀 使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象 50 受这种腐蚀的设备或零件 有时从外表看仍是完好光亮 但由于晶粒之间的结合力被破坏 材料几乎丧失了强度 严重者会失去金属声音 轻轻敲击便成为粉末 据统计 在石油 化工设备腐蚀失效事故中 晶间腐蚀约占4 9 主要发生在用轧材焊接的容器及热交换器上 奥氏体和铁素体不锈钢特有的一种腐蚀形式 51 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 腐蚀特征在表面还看不出破坏时 晶粒之间已丧失了结合力 失去金属声音 严重时只要轻轻敲打就可破碎 甚至形成粉状 因此 它是一种危害性很大的局部腐蚀 52 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 晶间腐蚀的产生必须具备两个条件一是晶界物质的物理化学状态与晶粒本身不同 二是特定的环境因素 如潮湿大气 电解质溶液 过热水蒸气 高温水或熔融金属等 53 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 影响晶界行为的原因大致有如下几种 a 合金元素贫乏化 由于晶界易析出第二相 造成晶界某一成分的贫乏化 54 例如 18 8不锈钢因晶界析出沉淀相 使晶界附近留下贫铬区 55 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 b 晶界析出不耐蚀的阳极相 c 杂质或溶质原子在晶界区偏析 例如 铝中含有少量铁时 铁在铝中溶解度低 铁易在晶界析出 铜铝合金或铜磷合金在晶界可能有铝或磷的偏析 56 57 晶间腐蚀的金相检验 18 8奥氏体不锈钢形成敏化晶界区和晶间腐蚀的原理 a 敏化晶界区形成贫铬区 b 晶界区的腐蚀过程 57 58 1Cr18Ni9晶间腐蚀Inconel800晶间腐蚀 58 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 d 晶界处因相邻晶粒间的晶向不同 晶界必须同时适应各方面情况 其次是晶界的能量较高 刃型位错和空位在该处的活动性较大 使之产生富集 这样就造成了晶界处远比正常晶体组织松散的过渡性组织 e 由于新相析出或转变 造成晶界处具有较大的内应力 另外还证实由于表面张力的缘故 使黄铜的晶界含有较多的锌 59 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 晶间腐蚀机理下面从晶界结构分别列举出几种金属材料的晶间腐蚀原因 1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 贫铬理论 固溶处理的奥氏体不锈钢若在450 850 温度范围内保温或缓慢冷却 然后在一定腐蚀介质中暴露一定时间 就会产生晶间腐蚀 60 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 含碳量高于0 02 的奥氏体不锈钢中 碳与铬能生成碳化物 Cr23C6 这些碳化物高温淬火时成固溶态溶于奥氏体中 铬呈均匀分布 使合金各部分铬含量均在钝化所需值 即12 Cr以上 合金具有良好的耐蚀性 这种过饱和固溶体在室温下虽然暂时保持这种状态 但它是不稳定的 如果加热到敏化温度范围内 碳化物就会沿晶界析出 铬便从晶粒边界的固溶体中分离出来 由于铬的扩散速度缓慢 远低于碳的扩散速度 不能从晶粒内固溶体中扩散补充到边界 因而只能消耗晶界附近的铬 造成晶粒边界贫铬区 61 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 贫铬区的含铬量远低于钝化所需的极限值 其电位比晶粒内部的电位低 更低于碳化物的电位 贫铬区和碳化物紧密相连 当遇到一定腐蚀介质时就会发生短路电池效应 该情况下碳化铬和晶粒呈阴极 贫铬区呈阳极 迅速被侵蚀 贫铬理论较早地阐述了奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的原因及机理 已被大家所公认 奥氏体不锈钢在多种介质中晶间腐蚀都以贫铬理论来解释 其他很多实验和观点也支持了这一理论 62 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 晶界 相析出引起的晶间腐蚀 阳极相理论 对于低碳或超低碳不锈钢来说 因碳化物析出引起的晶间腐蚀大大减少 可是超低碳不锈钢 特别是高铬 含钼钢在650 850 加热或热处理时 易引起 相 FeCr金属间化合物 在晶界沉集而产生晶间腐蚀敏感性 63 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 18 8铬镍奥氏体不锈钢若在产生 相的区间长时间加热 冷加工变形后在产生 相的温度区间加热 或钢中添加Mo Ti Nb等合金元素 也可能出现 相 具有 相的奥氏体不锈钢只能在强氧化性介质 如沸腾的65 HNO3中才能检验出晶间腐蚀倾向 因为从奥氏体 相 和 相的阳极极化曲线可看出 在过钝化电位下 相发生严重腐蚀 其阳极溶解电流急剧地上升 这可能是沿晶界分布的相自身的选择性溶解的缘故 64 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 图2不锈钢中 相及 相的阳极极化曲线 65 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 3 铁素体不锈钢的晶间腐蚀高铬铁素体不锈钢在900 以上高温加热 然后空冷或水冷 就会引起晶间腐蚀倾向 而若在700 800 重新加热则可消除晶间腐蚀敏感性 这类钢与奥氏体不锈钢相比 其产生晶间腐蚀的条件虽然不同 但其腐蚀机理多半认为与奥氏体不锈钢很相似 仍用贫铬理论来解释 即由于晶界析出亚稳碳化物 Cr7C3 使晶界附近出现贫铬区 66 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 除C外 N也是有害元素 它们在铁素体中固溶比在奥氏体中少 而Cr在这类铁素体中的扩散速度却比在奥氏体中快得多 快两个数量级 所以即使高温快冷 也能使碳化物或氮化物在晶界析出 67 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 4 其他合金的晶间腐蚀镍基合金如Ni Mo Ni Cr Mo等 也有晶间腐蚀敏感性 这是因为沿晶界析出Ni7Mo6 MoC Cr6C及 相 造成晶界贫Mo或贫Cr 在一定腐蚀介质中产生晶间腐蚀 68 晶间腐蚀的影响因素 1 加热温度和时间TTS Temperature Time Sensitivity 曲线温度 时间 敏化曲线 18Cr 9Ni不锈钢晶界Cr23C6沉淀与晶间腐蚀的关系0 05 C 1250 固溶 H2SO4 CuSO4溶液 温度850 以上时 不产生晶间腐蚀 温度在600 700 之间晶间腐蚀严重 温度低于600 晶间腐蚀减弱 温度低于450 难于晶间腐蚀 69 2 合金成分1 C 奥氏体不锈钢中含碳量越高 产生晶间腐蚀倾向的加热温度和时间范围扩大 晶间腐蚀倾向越大 2 Cr Mo Ni Si Cr Mo含量增高 可降低C的活度 有利于减轻晶间腐蚀倾向 Ni Si等非碳化物形成元素降低C在奥氏体中的溶解度 促进C的扩散和碳化物的析出 70 3 Ti Nb Ti和Nb是非常有益的元素 Ti和Nb与C的亲合力大于Cr与C的亲合力 因而在高温下能先于Cr形成稳定的TiC和NbC 从而大大降低了钢中的固溶C量 使Cr23C6难以析出 4 B 在不锈钢中加入0 004 0 005 的B可降低晶间腐蚀的敏感性 这可能是B在晶界的吸附减少了C P在晶界的偏聚之故 71 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 防止焊缝处晶间腐蚀的措施有 采用超低碳或足够稳定化的不锈钢 对一般奥氏体不锈钢采用固溶处理 而对稳定型不锈钢采用稳定化处理 改进焊接工艺 采用超低碳 高Nb含量和双相焊条等等 72 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2 5应力腐蚀 SCC 由残余或外加拉应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程称为应力腐蚀 73 应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑 产生细长的裂缝 且裂缝扩展很快 能在短时间内发生严重的破坏 应力腐蚀开裂在石油 化工腐蚀失效类型中所占比例最高 可达50 74 SCC发生条件 金属和合金发生SCC要求同时具备三个基本条件 敏感材料 特定腐蚀介质和拉应力 75 1 敏感金属或合金 几乎所有的金属或合金在特定的介质中有一定的SCC敏感性 2 特定腐蚀介质 每种金属或合金只对某些特定的介质有SCC敏感性 并不是任何介质都能引起SCC通常合金在引起SCC的环境中是钝态的 76 一些金属和合金产生SCC的特定介质 77 3 受拉伸应力的作用 发生SCC的金属或合金必须受到拉应力的作用 应力来源 工作状态下材料承受外加载荷造成的工作应力 在生产 制造 加工和安装过程中在材料内部形成的热应力 形变应力等残余应力 裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用 阴极反应形成的氢进入金属内部后产生的应力 压应力能阻止和减缓应力腐蚀 金属或合金表面在某些情况下压应力能产生SCC 但与拉应力相比 危险性小得多 据统计 在应力腐蚀开裂事故中 由残余应力所引起的占80 以上 而由工作应力引起的则不足20 78 应力腐蚀开裂的特征 1 SCC属于滞后破坏 材料在拉应力和腐蚀介质共同作用下 需要经过一定时间裂纹形核 裂纹亚临界扩展 并最终达到临界尺寸后 发生断裂 孕育期 裂纹萌生阶段 即裂纹源成核所需时间 约占整个SCC时间的90 左右 裂纹扩展期 裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间 快速断裂期 裂纹达到临界尺寸后 受纯力学的作用 裂纹失稳瞬间断裂 79 2 SCC的裂纹分为晶间型 穿晶型和混合型 裂纹发展的途径取决于材料与介质 同一材料因介质变化 裂纹途径也可能改变 裂纹起源于表面 裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向 裂纹一般呈树枝状 应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌 但它也可能发生于韧性高的材料中 80 3 裂纹扩展速度 一般为10 6 10 3mm min 比均匀腐蚀快约106倍 仅为纯机械断裂速度的10 10 4 低应力的脆性断裂 断裂前通常没有明显的宏观塑性变形 大多数条件下是脆性断口 断口表面颜色暗淡 可见腐蚀坑和二次裂纹 穿晶微观断口往往具有河流花样 扇形花样 羽毛状花样等脆性断口形貌特征 晶间显微断口呈冰糖块状 81 SCC机理1 阳极溶解机理 在发生SCC的环境中金属表面通常被钝化膜覆盖 金属不与腐蚀介质直接接触 当钝化膜遭受局部破坏后 裂纹形核 并在应力作用下裂纹尖端沿某一择优路径定向活化溶解 导致裂纹扩展 最终发生断裂 应力腐蚀阳极溶解机理 膜破裂 裂纹尖端基体溶解 断裂 82 1 膜局部破裂导致裂纹形核 钝化膜在电化学作用 机械作用等发生局部破坏或膜的缺陷 使裂纹形核 a 电化学作用 通过点蚀或晶间腐蚀等局部腐蚀来诱发SCC裂纹的 当有点蚀坑和晶间腐蚀形成时 在应力的作用下从点蚀坑底部和晶间部位可诱发SCC裂纹 若腐蚀电位处于活化 钝化或钝化 过钝化的过渡电位区间 由于钝化膜不稳定 SCC裂纹容易在材料表面较薄弱的部位形核 如晶间 b 机械作用 膜的延展性或强度较基体金属差 受力变形后局部膜破裂 诱发SCC裂纹 c 缺陷和膜内的亚微观裂纹 金属表面钝化膜的缺陷及膜内的亚微观裂纹均可能是SCC裂纹形核之处 83 2 裂纹扩展 裂尖定向溶解阶段 裂纹形成后 特殊的几何条件构成了一个闭塞区 裂纹内部形成了 闭塞电池 并进而在裂纹尖端和裂纹壁之间形成了 活化 钝化腐蚀电池 创造了裂尖快速溶解并自催化的电化学条件 应力和材料的不均匀性为快速溶解提供了择优腐蚀的途径 预存活性途径和应变产生的活性途径导致沿晶和穿晶SCC裂纹扩展 84 3 断裂 纯机械断裂阶段 在SCC裂纹扩展到临界尺寸时 裂纹失稳而导致纯机械断裂 85 SCC机理2 氢致开裂机理应力腐蚀过程中往往会有氢产生 所产生的氢对那些氢脆比较敏感的材料 如超高强度钢等 则足以导致氢致开裂 而对那些氢脆不敏感的材料 氢则会促进其腐蚀速度或应力腐蚀开裂敏感性 86 87 88 89 奥氏体不锈钢应力腐蚀的穿晶断口 Cl 引起的解理断口 800 1000 89 90 91 应力腐蚀中常见的沿晶断口 冰糖状 50 91 92 200 92 93 200 93 94 500 94 应力腐蚀裂纹的形貌特征 95 应力腐蚀断口的形貌特征 96 应力腐蚀裂纹的形貌特征 97 穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口 应力腐蚀裂纹的形貌特征 98 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 在微观上 穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹 而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹 当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时 则材料就按正常的裂纹 在韧性材料中 通常是通过显微缺陷的聚合 而断开 因此 由于应力腐蚀开裂而失效的管道的断面 将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的 韧窝 区域 99 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 100 预防应力腐蚀断裂的措施 一 选材 根据材料使用环境 尽量避免使用对应力腐蚀敏感的材料 二 消除应力 在设计设备结构时要力求合理 尽量减少应力集中和积存腐蚀介质 在加工制造设备时 要注意消除残余应力 可通过热处理 表面喷丸等方法消除残余应力 101 三 减轻腐蚀 改善环境 降低环境的SCC敏感性 控制或降低有害的成分 腐蚀介质中加入缓蚀剂 改变电位 促进成膜 电化学保护 可以通过控制电位进行阴极保护或阳极保护防止SCC的发生 涂层 使用有机涂层可将材料表面与环境分开 或使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层 都可减少材料SCC敏感性 102 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 几种常见的应力腐蚀2 2 5 1碱脆碱脆是指金属在拉应力和介质中的NaOH共同作用下产生的阳极溶解型开裂 碱应力腐蚀开裂主要在碳钢和低合金钢设备上出现 碱应力腐蚀裂纹主要产生在晶间 碳钢和低合金钢的碱腐蚀开裂敏感性主要由碱液的浓度 金属温度和拉应力水平所决定 碱应力腐蚀开裂一般需要长达几年时间后才会出现 但如果增加碱液浓度或金属温度以加速开裂速度则也有可能在几天内发生 103 碳钢在金属温度小于46 时不会出现腐蚀性开裂 在46 到82 范围之间 开裂敏感性是碱液浓度的函数 超过82 开裂敏感性也是碱液浓度的函数 碱浓度 wt 超过2 时 就有可能发生应力腐蚀开裂 碱浓度 wt 超过5 时 发生碱应力腐蚀开裂的概率非常大 碱浓度小于5 时开裂敏感性相对较低 但是如果存在局部碱液浓缩条件则开裂的敏感性显著增加 104 碱脆是一种表面起始开裂的应力腐蚀开裂形式 发生在暴露在碱中的设备管道上 尤其是靠近未焊后热处理的焊缝附近 碳钢 低合金钢 300系列最易发生 镍基合金较耐蚀 碱脆 105 管束和管板之间的碱浓缩造成的锅炉管板开裂和管板裂纹 碱洗涤器下游的吸鼓中未经PWHT的管线的碳钢承插焊缝上起始的碱开裂 某一苛性碱夹带异常条件下的蒸汽透平的不锈钢膨胀波纹管 管内裂纹形态 碱应力腐蚀开裂 碱性脆化 106 影响因素 敏感性与NaOH和KOH碱浓度 金属温度和应力状况有关 由于浓缩 开裂在低的碱含量下也会发生 50到100ppm的碱浓度就足以引起开裂 焊接或冷加工 如弯曲和成型 导致的残余应力 或者外加应力 低于屈服应力的条件下很少发生失效 扩展速度随温度增加很快 可在几小时或几天内穿透整个壁厚 尤其在碱浓缩的条件下 浓缩的发生条件有 干湿交替 局部热点或高温吹汽 必须注意未热处理的碳钢设备管线的伴热蒸汽管的设计和吹汽 107 主要发生的部位 处理碱的设备管道 包括脱H2S和硫醇装置及硫酸烷基化和HF酸烷基化装置中使用碱中和的设备 伴热不正确的设备管线及加热盘管 处理碱的管道经过蒸汽吹扫后可能会碱脆 损伤外观或形貌 发生焊缝并行的母材 也可发生在焊缝和热影响区 有时是蜘蛛网状的小裂纹 通常起始于焊接缺陷 是非常细小的充满氧化物的晶间网状裂纹 300系列的开裂主要是穿晶的 很难和氯化物SCC区别开来 碱应力腐蚀开裂 碱性脆化 108 预防与减缓 碳钢621 热处理是有效的 00系列比碳钢的耐开裂性能好不了多少 镍基合金更耐开裂 避免对未热处理的碳钢管线和设备进行蒸汽吹扫 蒸汽吹扫前应水洗 或只能使用低压蒸汽进行短时间吹扫 要正确的设计和注入系统的操作 保证碱在进入高温原油预热系统前得到正确的分散 碱应力腐蚀开裂 碱性脆化 109 110 2 2 5 2在液氨中的应力腐蚀同时具备以下条件的属氨应力腐蚀开裂的典型环境 1 介质为液态氨 其中的含水量低于0 2 并有可能受到O2或CO2的污染 2 介质温度高于 5 对碳钢和低合金钢而言 液氨中加入0 2 的水可起到缓蚀作用 从而可基本上避免断裂的发生 但对抗拉强度高于800MPa的调质高强钢 加水不能完全抑制裂纹的产生 氨应力腐蚀裂纹属阳极溶解型 并一般是穿晶形式扩展 111 2 2 5 3在CO CO2 H2O环境中的应力腐蚀开裂机理 CO2溶于水后生成碳酸 pH值下降致3 3 再通入CO可起缓蚀剂的作用阻止了全面腐蚀的发生 应力导致滑移形成台阶 新鲜金属暴露 成为阳极 吸附CO的表面成为阴极 阳极发生溶解 应力腐蚀开裂发生 112 2 2 5 4氯化物应力腐蚀开裂 CISCC ClSCC一般发生在金属温度高于 65 的情况下 对ClSCC最敏感的是含Ni8 的奥氏体不锈钢 如300SS系列 304 316等 氯化物SCC的微观形貌呈典型的穿晶及多分支特征 但有过沿晶应力腐蚀开裂的报道 关于氯化物应力腐蚀开裂的5种假设1 吸附理论 氯离子吸附在裂纹尖端2 电化学理论 阳极溶解3 膜破坏理论 钝化膜破损 局部溶解4 腐蚀产物契入理论 腐蚀产物契入裂纹尖端5 氢脆理论 氢致开裂 马氏体不锈钢 形变诱导马氏体 113 裂纹特征1 起自于不锈钢表面且分布具有明显的局部性 2 裂纹的走向与所受应力 特别是与残余应力有密切关系 3 裂纹常呈龟裂和风干木材状 裂纹附近没有塑性变形 4 应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型 但也多见沿晶型和穿晶 沿晶混合型 裂纹的宽度较小 断口形貌应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂 断口的微观形貌 穿晶型多为准解理断裂 并常见河流 扇形 鱼骨 羽毛等花样 而沿晶型则多为冰糖块状花样 114 300系列和一些镍基合金在拉伸应力 温度和含氯化物水溶液的共同作用下的环境开裂 溶解氧的存在增加了开裂的可能性 所有300系列都敏感 双相钢耐蚀 镍基合金更耐蚀 影响因素 氯化物含量 pH 温度 应力 氧的存在和合金成分 温度和氯离子含量增加 开裂的敏感性增加 没有最小氯离子限制 因为氯离子会发生浓缩 115 传热条件会明显增加开裂的敏感性 因为它们会造成氯离子浓缩 干湿或蒸汽和水的交替变换也会有助于开裂 SCC通常发生在pH高于2的环境 在低pH值 通常均匀腐蚀为主 在碱性pH区域 SCC的倾向降低 开裂通常发生在金属温度高于60 环境 应力可以是外加的 也可以是残余的 高应力或冷加工的部件 如膨胀波纹管 开裂的可能性十分高 水中溶解的氧通常会加速SCC 敏感性最高的是含镍8 到12 Ni含量高于35 其耐蚀性十分高 高于45 基本不被腐蚀 10 低镍不锈钢 如双相钢 耐蚀性比300系列要高 但也会被腐蚀 11 碳钢 低合金钢和400系列对氯化物SCC不敏感 116 损伤外观或形貌 裂纹的特征是有许多分支 目测可以发现表面龟裂现象 分叉的穿晶裂纹 有时敏感的300系列还发现晶间裂纹 300系列的焊缝含有一些铁素体 通常更耐氯化物SCC 破裂的表面通常有一个脆性的外观 预防与减缓 用含氯化物低的水试压 并尽快干燥 正确的保温层下涂层 避免允许有氯化物可能聚集或沉积的停滞区的设计 300系列热处理后有可能敏化 增加变形 连多硫酸应力腐蚀敏感性和再热开裂 117 232 蒸汽环境下操作的316L管束的壳程侧开裂 蜘蛛网状的开裂外观 细小的分支裂纹 穿晶开裂模式 118 2 2 5 5连多硫酸应力腐蚀开裂在连多硫酸环境下 一些敏感材料 如18 8不锈钢 在敏化热处理或类似敏化温度的焊接热影响区局部区域 会由于晶界敏化 从而使材料晶间迅速腐蚀和开裂 裂纹总是在晶间出现和发展并且只需要相对较低的拉应力水平 119 1 奥氏体不锈钢设备在运行过程中由于硫化氢 H2S 的腐蚀在表面生成硫化铁 FeS 2 停工 降温并打开设备后大气中的水分和氧与腐蚀产物接触反应生成连多硫酸 反应式为 3FeS 5O2Fe2O3 FeO 3SO2SO2 H2OH2SO3H2SO3 1 2O2H2SO4H2SO4 FeSFeSO4 H2SH2SO4 H2SmH2SxO6 nS 120 中碳或高碳奥氏体不锈钢如 304 304H和316 316H 的焊接热影响区对SCC特别敏感 低碳含量 0 03 在低于427 情况下SCC的敏感性较低 含有稳定化元素的奥氏体不锈钢如321 含Ti 和347 含Nb 经稳定化热处理后对PTA的SCC敏感性较低 121 在停工期间设备表面的硫化物垢 空气和水形成连多硫酸 作用在敏化的奥氏体不锈钢的焊缝或高应力区引起的开裂 开裂可能在短短几分钟或几小时内迅速扩展穿过管道和部件的壁厚 300系列 合金600 600H和合金800 800H受影响 122 预防与减缓 停工过程或停工后立即用碱或苏打水溶液冲洗设备以中和含硫酸 或在停工中用干燥的氮气或氮气 氨保护 以防止接触空气 加热炉 保持燃烧室到大气露点温度以上 如果在538 中暴露几小时或长期在400 以上操作 L级别也会发生敏化 添加少量的Ti和Nb来提高耐PASCC的能力 常用用化学稳定级别 321和347 镍基合金825和625 ASTM规范允许轧制产品在稳定状态而不是溶液退火状态下交货 这种热处理可以降低潜在的敏化问题 尤其是321 焊缝进行稳定化处理 899 123 连多硫酸应力腐蚀开裂 染色渗透检验表明焊缝周围存在大量的裂纹 晶间开裂和晶粒脱落 304不锈钢催化剂回收管线和法兰的PT检查 靠近法兰的催化剂回收线的横截面显示在焊缝HAZ区有裂纹 124 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2 6氢损伤氢对钢铁材料的危害性较大氢渗透进入金属内部而造成的金属性能劣化称为氢损伤 也叫氢破坏 分为四种类型 氢鼓包 氢脆 脱碳和氢腐蚀 125 金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的断裂 统称为氢脆断裂或氢致开裂 钢中氢的来源主要为下列三个方面 冶炼过程中溶解在钢水中的氢 在结晶冷凝时没有能即时逸出而存留在钢材中 焊接过程中由于水分或油污在高弧高温下分解出的氢溶解入钢材中 设备运行过程中 工作介质中的氢进入钢材中 126 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 氢鼓泡 因氢在钢板分层处聚集引起的 127 128 低强度钢在湿H2S环境中的氢鼓泡 128 湿硫化氢引起的氢致开裂基于与氢鼓泡相同的机理 钢材的含硫量高 形成MnS夹杂亦多 导致层状开裂的机会就多 氢致开裂的特点是不需外加应力的诱导 129 130 低碳钢在湿硫化氢环境中出现氢致开裂的金相照片 130 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 氢脆不论以什么方式进人钢内的氢 都将引起钢材脆化 即延伸率 断面收缩率显著下降 高强度钢尤其严重 若将钢材中的氢释放出来 如加热进行消氢处理 则钢的机械性能仍可恢复 氢脆是可逆的 H2S H2O介质常温腐蚀碳钢管道能渗氢 在高温高压临氢环境下亦能渗氢 在不加缓蚀剂或缓蚀剂不当的酸洗过程能渗氢 在雨天焊接或在阴极保护过度时亦会渗氢 钛材的氢脆敏感性也很强 131 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 氢脆断裂机理 当钢中存在氢 而应力大于某一临界值时 就会发生氢脆断裂 氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程 脆断应力可低达屈服极限的20 钢材的强度愈高 所承受的应力愈大 对氢脆愈敏感 管道中的应力水平 包括工作应力及残余应力是导致氢脆很重要的因素 氢脆是一种延迟断裂 断裂迟延的时间可以仅几分钟 也可能几天 132 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 氢脆断裂只发生在 100 150 的温度范围内 很低的温度不利于氢的移动和聚集 不易发生氢脆 而较高的温度可以使氢从钢中逸出 减少钢中的氢浓度 从而避免脆化 焊后保温及热处理就是利用高温下氢能从钢中扩散逸出的原理 用来降低焊缝中氢含量 它是改善焊接接头力学性能的有效措施 133 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 脱碳在工业制氧装置中 高温氢气管道易产生脱碳损伤 钢中的渗碳体在高温下与氮气作用生成甲烷 Fe3C 2H2 3Fe十CH4 反应结果导致表面层的渗碳体减少 而碳便从邻近的尚未反应的金属层逐渐扩散到这一反应区 于是有一定厚度的金属层因缺碳而变为铁素体 脱碳的结果造成钢的表面强度和疲劳极限的降低 134 氢腐蚀机理 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 尼尔森曲线发生的条件 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 135 由于暴露在高温和高压氢中造成的 氢与钢中的碳化物反应生成甲烷 CH4 甲烷压力增大 形成气泡或空腔 微裂隙和裂隙 碳化物的损失导致强度的整体损失 按抗高温氢侵蚀能力增强的顺序 碳钢 C 0 5Mo Mn 0 5Mo 1Cr 0 5Mo 1 25Cr 0 5Mo 2 25Cr 1Mo 2 25Cr 1Mo V 3Cr 1Mo 5Cr 0 5Mo和具有不同化学成分的类似钢 136 高温氢侵蚀 137 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2 7腐蚀疲劳腐蚀疲劳特点 材料或零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下造成的失效叫做腐蚀疲劳 是疲劳开裂的一种形式 在循环负荷和腐蚀的联合作用下发生的 通常发生在应力集中的部位 如表面的点蚀 可以起始于多个部位 所有的材料均受影响 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 138 腐蚀疲劳的特征 任何金属 包括纯金属 在任何介质中都能发生腐蚀疲劳 即不要求特定的材料 环境组合 环境条件 腐蚀介质条件种类 温度 pH 氧含量等 对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响 纯疲劳性能与循环频率无关 腐蚀疲劳性能与频率有关 与应力腐蚀破裂相比 腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型 对金属材料进行阴极极化 可使裂纹扩展速度明显降低 139 腐蚀疲劳 腐蚀疲劳既可以是仅有一条裂纹 也可以有多条裂纹并存 多处成核 根据断口特征可以准确的把应力腐蚀与腐蚀疲劳区别开来并多呈锯齿状和台阶状 微观上裂纹一般没有分支且裂纹尖端较钝不锈钢在任何腐蚀介质中均可产生腐蚀疲劳如何判断机械疲劳和腐蚀疲劳 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的作用后 不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长 则可断定原断裂为腐蚀疲劳 140 腐蚀疲劳 影响因素 材料 腐蚀性环境 循环应力 因热应力 振动或差异热膨胀 开裂更易在交变应力作用下发生于点蚀或局部腐蚀的环境中 与纯机械疲劳相比 腐蚀辅助疲劳没有疲劳负载极限 腐蚀使疲劳可以在一个较低的应力和循环次数下发生 通常导致多条并行裂纹的生长 开裂起始在应力集中的位置 如点蚀 缺口 表面缺陷 截面变化或角焊缝 141 损伤外观或形貌 是一个脆性的开裂 裂纹多数为穿晶 和应力腐蚀开裂一样 但没有分支 通常导致多条并行裂纹的生长 疲劳开裂表现为非常小的塑性变形 除非是伴随着机械过载的塑性变形 在循环锅炉 损伤首先发生在支柱附件的水侧 裂纹为环绕支柱附件和水冷壁管之间焊缝的环向开裂 在横截面 裂纹可能表现为有大量波辫的球根状 裂纹尖端可能有点钝 充满了氧化物 并且穿晶 硫化环境 裂纹有相近的外观 充满硫化物垢 对转动设备 多数开裂为有很少分支的穿晶开裂 腐蚀疲劳 142 腐蚀疲劳和应力腐蚀的不同点 应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的 而腐蚀疲劳却没有这个限制 它在任何介质中均会出现 应力腐蚀破坏时 只有一两个主裂纹 主裂纹上有分支小裂纹 而腐蚀疲劳裂纹源有多处 裂纹没有分支 在一定的介质中 应力腐蚀裂纹尖端的溶液酸度是较高的 总是高于整体环境的平均值 143 第二节 压力管道的腐蚀的主要形式及机理 2 2 8磨损腐蚀磨损腐蚀也称为冲刷腐蚀 当腐蚀性流体在弯头 三通 变径管等处突然改变方向 对金属及金属表面的钝化