材料腐蚀理论第五章金属局部腐蚀

1、1第五章第五章 金属的局部腐蚀金属的局部腐蚀 金属腐蚀按形态分为全面腐蚀和局部腐蚀金属腐蚀按形态分为全面腐蚀和局部腐蚀 全面腐蚀全面腐蚀 阴阳极尺寸非常微小且相互紧密靠拢，用微观方法也难以阴阳极尺寸非常微小且相互紧密靠拢，用微观方法也难以分开；分开； 或大量微阴极、阳极在金属表面变幻不定分布或大量微阴极、阳极在金属表面变幻不定分布 把金属自溶解认为在整个电极表面均匀进行。把金属自溶解认为在整个电极表面均匀进行。 局部腐蚀局部腐蚀 阴、阳极截然分开，可以区分。阴、阳极截然分开，可以区分。 一般阳极区面积很小，阴极区面积相对很大一般阳极区面积很小，阴极区面积相对很大 金属局部溶解速度比全面腐蚀速度

2、大得多金属局部溶解速度比全面腐蚀速度大得多2 局部腐蚀原因局部腐蚀原因 异种金属构成（电偶腐蚀）异种金属构成（电偶腐蚀） 同一金属接触介质的浓度差异构成（氧浓差电池）同一金属接触介质的浓度差异构成（氧浓差电池） 钝化膜的不连续性构成（活态钝化膜的不连续性构成（活态钝态电池）钝态电池） 介质和应力共同作用构成（应力腐蚀）介质和应力共同作用构成（应力腐蚀） 局部腐蚀分类：点蚀、缝隙、电偶、晶间、选择性腐蚀局部腐蚀分类：点蚀、缝隙、电偶、晶间、选择性腐蚀 腐蚀控制腐蚀控制 全面腐蚀可预测和及时防止，危害性较小全面腐蚀可预测和及时防止，危害性较小 局部腐蚀目前预测和防止存在困难，破坏事故发生无明显预兆

3、，危局部腐蚀目前预测和防止存在困难，破坏事故发生无明显预兆，危害性很大。害性很大。3一、电偶腐蚀一、电偶腐蚀 定义：在腐蚀环境中，一种金属与定义：在腐蚀环境中，一种金属与电位更正的另一电位更正的另一 种金属或非金属导体种金属或非金属导体接触时引起的腐蚀加速接触时引起的腐蚀加速 的现象（接触腐蚀）的现象（接触腐蚀） 特征：腐蚀主要发生在两种不同金属或金属与非金特征：腐蚀主要发生在两种不同金属或金属与非金 属导体属导体接触边线附近接触边线附近，远离边缘区域，腐蚀，远离边缘区域，腐蚀 程度较轻程度较轻 4在工程上，采用不同金属或合金的组合不可避免在工程上，采用不同金属或合金的组合不可避免 炮弹：弹体

4、为钢，药筒为铜，弹体与铜药筒的组合炮弹：弹体为钢，药筒为铜，弹体与铜药筒的组合 铆接：钢结构与铜铆钉之间铆接：钢结构与铜铆钉之间 镀层金属与基体之间镀层金属与基体之间 碳钢与石墨或碳纤维复合材料的接触碳钢与石墨或碳纤维复合材料的接触5电偶腐蚀示意图电偶腐蚀示意图（a a）大阳极）大阳极小阴极（小阴极（b b）大阴极）大阴极小阳极：应该避免小阳极：应该避免61、电偶腐蚀原理、电偶腐蚀原理 两种不同金属在同一电解质溶液中接触时，两者都发生两种不同金属在同一电解质溶液中接触时，两者都发生极化，各自以新的腐蚀速度进行腐蚀极化，各自以新的腐蚀速度进行腐蚀 假设金属假设金属M M1 1和和M M2 2表面

5、积相等，将表面积相等，将M M1 1、M M2 2分别放在同一酸性分别放在同一酸性介质中，并发生氢去极化腐蚀，则共轭反应为介质中，并发生氢去极化腐蚀，则共轭反应为21122HeHneMMn22222HeHneMMnM1 M27EEe，M1lgiic，M1M1 M1n+ne2H+2e H2i0M1EC，M1EEe，M2lgiic，M2M2 M2n+nei0M2EC，M2 在电极偶合前，在电极偶合前， M M1 1、M M2 2的腐蚀速度为的腐蚀速度为i ic c，M1M1和和i ic c，M2M2，设，设M M1 1的的腐蚀电位比腐蚀电位比M M2 2的腐蚀电位低的腐蚀电位低8 当当M M1 1

6、、M M2 2在介质中接触，便构成电偶腐蚀电池，在介质中接触，便构成电偶腐蚀电池，M M1 1成成为电池的阳极，为电池的阳极，M M2 2为阴极为阴极EEc，M1Ec，M2lgiic，M1ic，M29假定此时两极间溶液的假定此时两极间溶液的IRIR降可降可忽略，则有电偶电流从忽略，则有电偶电流从M M2 2流向流向M M1 1，两电极发生相反方向的极，两电极发生相反方向的极化：化：M M1 1发生阳极极化发生阳极极化，M M2 2发生发生阴极极化阴极极化，当极化达到稳定状，当极化达到稳定状态时，两条极化曲线交点对应态时，两条极化曲线交点对应的电位为电偶腐蚀的腐蚀电位的电位为电偶腐蚀的腐蚀电位E

7、 Ec c，对应的电流为腐蚀电流，对应的电流为腐蚀电流i ic cM M1 1的腐蚀电流从的腐蚀电流从ic，M1增加到增加到 i c，M1， M M2 2的腐蚀电流从的腐蚀电流从ic，M2降低降低到到i c ，M2EEclgi总氧化反应总氧化反应总还原反应总还原反应ic，M1ic，M2icic，M1i c ，M2ic，M1 ic，M1ic，M2290）、HCl（10，35）、H2SO4（6-7）、湿Cl2（288，346，427）、N2O4（含O2，不含NO，24-74）钛和钛合金含NH4+的溶液、氨蒸汽、汞盐溶液、SO2大气、水蒸汽铜和铜合金熔融NaCl、湿空气、海水、含卤素离子的水溶液、有

8、机溶剂铝合金氯化物水溶液、高温高压含氧高纯水、连多硫酸、碱溶液奥氏体不锈钢各种水介质、含痕量水的有机溶剂、HCN溶液高强钢NaOH溶液、硝酸盐溶液、含H2S和HCl溶液、COCO2H2O、碳酸盐、磷酸盐低碳钢介 质材 料一些金属和合金产生一些金属和合金产生SCC的特定介质的特定介质 十九世纪后期，人们发现黄铜弹壳在贮存期间发生开裂，十九世纪后期，人们发现黄铜弹壳在贮存期间发生开裂，且最容易在夏季季风期出现，将此现象称为且最容易在夏季季风期出现，将此现象称为“季裂季裂” 原因：弹壳在制造时存在残余应力，夏季阴雨季节湿度大，原因：弹壳在制造时存在残余应力，夏季阴雨季节湿度大，氨富集，导致发生应力腐

9、蚀断裂氨富集，导致发生应力腐蚀断裂94应力腐蚀开裂形貌应力腐蚀开裂形貌95 SCC SCC的特征的特征l典型的典型的滞后滞后破坏破坏l裂纹分为裂纹分为晶间型晶间型、穿晶型穿晶型和和混合型混合型l裂纹扩展速度裂纹扩展速度比均匀腐蚀快约比均匀腐蚀快约10106 6倍倍lSCCSCC开裂是一种开裂是一种低应力低应力的的脆性断裂脆性断裂96(1)SCC(1)SCC是典型的滞后破坏是典型的滞后破坏l材料在应力和腐蚀介质共同作用下，需要经过一定时间材料在应力和腐蚀介质共同作用下，需要经过一定时间使裂纹形核、裂纹亚临界扩展，并最终达到临界尺寸，使裂纹形核、裂纹亚临界扩展，并最终达到临界尺寸，发生失稳断裂发生

10、失稳断裂 l孕育期孕育期裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，约占整个时间的约占整个时间的9090左右左右l裂纹扩展期裂纹扩展期裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间历的时间l快速断裂期快速断裂期裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂裂纹失稳瞬间断裂 97l整个断裂时间，与材料、介质、应力有关，短则几分钟，整个断裂时间，与材料、介质、应力有关，短则几分钟，长可达若干年。对于一定的材料和介质，应力降低，断长可达若干年。对于一定的材料和介质，应力降低，断裂时间延长裂时间延长l对大多数的腐蚀

11、体系来说，存在一个临界应力对大多数的腐蚀体系来说，存在一个临界应力thth（临（临界应力强度因子界应力强度因子K KISCCISCC），在此临界值以下，不发生），在此临界值以下，不发生SCCSCC98（2 2）裂纹形态）裂纹形态lSCCSCC裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型三种裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型三种l裂纹的途径取决于材料与介质，同一材料因介质变化，裂纹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途径也可能改变应力腐蚀裂纹的主要特点：应力腐蚀裂纹的主要特点：l裂纹起源于表面裂纹起源于表面l裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级l裂纹扩

12、展方向一般垂直于主拉伸应力的方向裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向l裂纹一般呈树枝状裂纹一般呈树枝状99l晶间型晶间型裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金等铜合金、镍合金等l穿晶型穿晶型裂纹穿越晶粒而扩展，如奥氏体不锈裂纹穿越晶粒而扩展，如奥氏体不锈钢、镁合金等钢、镁合金等l混合型混合型钛合金钛合金晶间型晶间型穿晶型穿晶型100（3 3）SCCSCC裂纹扩展速度裂纹扩展速度SCC裂纹扩展速度一般为裂纹扩展速度一般为10-6-10-3mm/min，比均匀腐蚀，比均匀腐蚀快约快约106倍，仅为纯机械断裂速度的倍，仅为纯机械断裂速度的10-10。101（

13、4 4）低应力的脆性断裂）低应力的脆性断裂l断裂前没有明显的宏观塑性变形，大多数条件下是脆断裂前没有明显的宏观塑性变形，大多数条件下是脆性断口解理、准解理或沿晶性断口解理、准解理或沿晶l由于腐蚀的作用，断口表面颜色暗淡，可见腐蚀坑和由于腐蚀的作用，断口表面颜色暗淡，可见腐蚀坑和二次裂纹二次裂纹穿晶型：穿晶型：微观断口往往具有河流花样、扇形花样、羽微观断口往往具有河流花样、扇形花样、羽 毛状花样等形貌特征毛状花样等形貌特征晶间型：晶间型：显微断口呈冰糖块状显微断口呈冰糖块状102103沿晶应力腐蚀开裂沿晶应力腐蚀开裂-IGSCC-IGSCC104穿晶应力腐蚀开裂穿晶应力腐蚀开裂-TGSCC-TG

14、SCC1059H9H2 2S+6COS+6CO2 29H9H2 2S+6COS+6CO2 23H3H2 2S+3.5COS+3.5CO2 29H9H2 2S+6COS+6CO2 2双相不锈钢双相不锈钢22052205应力腐蚀试样形貌应力腐蚀试样形貌106SS105抗硫钻杆抗硫钻杆SSC试样表面试样表面SEM照片照片表面腐蚀产物疏松表面腐蚀产物疏松1072 2）SCCSCC机理机理至今无普遍公认的理论，较流行的有三种至今无普遍公认的理论，较流行的有三种 阳极溶解理论阳极溶解理论：阳极溶解起控制作用：阳极溶解起控制作用 氢脆理论氢脆理论：腐蚀产生的：腐蚀产生的H H原子进入金属，导致脆化原子进入金

15、属，导致脆化 吸附理论吸附理论：特殊离子在材料表面吸附，降低表面：特殊离子在材料表面吸附，降低表面 能导致开裂（如塑料在有机溶液中的开裂）能导致开裂（如塑料在有机溶液中的开裂）108(a)(a)阳极溶解型机理阳极溶解型机理l在发生在发生SCCSCC的环境中，金属表面通常被钝化膜覆盖，金的环境中，金属表面通常被钝化膜覆盖，金属不与腐蚀介质直接接触属不与腐蚀介质直接接触l当钝化膜遭受局部破坏后，裂纹形核，并在应力作用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，最终发生断裂扩展，最终发生断裂膜局部破裂

16、导膜局部破裂导致裂纹形核致裂纹形核裂尖定向溶解裂尖定向溶解导致裂纹扩展导致裂纹扩展断裂断裂109 膜局部破裂导致裂纹形核膜局部破裂导致裂纹形核合金表面钝化膜可因合金表面钝化膜可因电化学作用电化学作用或或机械作用机械作用发生局部破坏，使发生局部破坏，使裂纹形核。裂纹形核。电化学作用电化学作用通过点蚀或晶间腐蚀等局部腐蚀来诱发通过点蚀或晶间腐蚀等局部腐蚀来诱发SCC裂纹裂纹机械作用机械作用由于膜的延展性或强度较基体金属差，受由于膜的延展性或强度较基体金属差，受力变形后局部膜破裂，诱发力变形后局部膜破裂，诱发SCC裂纹裂纹110裂纹尖端定向溶解导致裂纹扩展裂纹尖端定向溶解导致裂纹扩展l裂纹内部形成了

17、裂纹内部形成了“闭塞电池闭塞电池”，进而在裂纹尖端和裂纹壁，进而在裂纹尖端和裂纹壁之间形成了之间形成了“活化钝化腐蚀电池活化钝化腐蚀电池”，创造了裂纹尖端快，创造了裂纹尖端快速溶解速溶解+ +自催化的电化学条件自催化的电化学条件l应力和材料的不均匀性（预存活性途径）为快速溶解提供应力和材料的不均匀性（预存活性途径）为快速溶解提供了择优腐蚀的途径了择优腐蚀的途径l预存活性途径和应变产生的活性途径分别导致沿晶和穿晶预存活性途径和应变产生的活性途径分别导致沿晶和穿晶SCCSCC裂纹扩展裂纹扩展断裂断裂l在在SCCSCC裂纹扩展到临界尺寸时，裂纹失稳而导致纯机械断裂裂纹扩展到临界尺寸时，裂纹失稳而导致

18、纯机械断裂111 有点蚀坑形成时，应力的作用下从点蚀有点蚀坑形成时，应力的作用下从点蚀坑底部可诱发坑底部可诱发SCC裂纹裂纹 SCC微观观察微观观察 SCC裂纹尖端高分辨像裂纹尖端高分辨像 112奥氏体不锈钢的奥氏体不锈钢的SCC机理机理 Cr-Ni奥氏体不锈钢在热浓的奥氏体不锈钢在热浓的MgCl2溶液中产生应力腐蚀断溶液中产生应力腐蚀断裂，即从裂纹尖端产生阳极溶解而引起的断裂裂，即从裂纹尖端产生阳极溶解而引起的断裂滑移滑移-溶解溶解-断裂机理。断裂机理。l奥氏体不锈钢表面有一层奥氏体不锈钢表面有一层CrCr、NiNi氧化物构成的钝化膜，在氧化物构成的钝化膜，在MgClMgCl2 2溶液中稳定

19、性较差溶液中稳定性较差l在应力作用下，位错沿着滑在应力作用下，位错沿着滑移面运动至金属表面，在表移面运动至金属表面，在表面产生滑移台阶，使表面膜面产生滑移台阶，使表面膜产生局部破裂并暴露活泼的产生局部破裂并暴露活泼的新鲜金属新鲜金属113l有膜和无膜的金属及缺陷处形有膜和无膜的金属及缺陷处形成钝化成钝化- -活化微电池，无膜的活化微电池，无膜的局部区域电化学溶解；表面膜局部区域电化学溶解；表面膜为腐蚀提供了阴极，又使阳极为腐蚀提供了阴极，又使阳极溶解集中在局部区域，形成蚀溶解集中在局部区域，形成蚀坑。坑。l伴随着阳极溶解产生阳极极化，伴随着阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀坑即裂使阳极

20、周围钝化，在蚀坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜，纹尖端周边重新生成钝化膜，随后在拉应力继续作用下，随后在拉应力继续作用下， 蚀坑底部应力集中，钝化膜再蚀坑底部应力集中，钝化膜再次破裂，形成新的活性阳极区，次破裂，形成新的活性阳极区，继续深入地进行阳极溶解继续深入地进行阳极溶解114l如此反复作用，应力腐蚀破裂的如此反复作用，应力腐蚀破裂的裂纹不断向开裂的前沿发展，造裂纹不断向开裂的前沿发展，造成纵深穿晶的裂纹，直至断裂成纵深穿晶的裂纹，直至断裂l抑制横向溶解的主要因素是再钝化抑制横向溶解的主要因素是再钝化滑移滑移-溶解溶解-断裂理论断裂理论:表面膜的形成表面膜的形成应力作用下金属产生滑应力作用下

21、金属产生滑移引起表面膜的破裂移引起表面膜的破裂裸露金属的裸露金属的阳极溶解阳极溶解裸露金属的裸露金属的再钝化再钝化3) 3) 硫化物应力腐蚀开裂硫化物应力腐蚀开裂( (SSCC)SSCC) 湿湿H2S环境中腐蚀产生的氢原子渗入钢环境中腐蚀产生的氢原子渗入钢的内部固溶于晶格中，使钢的脆性增加，在的内部固溶于晶格中，使钢的脆性增加，在外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂，叫做叫做硫化物应力腐蚀开裂硫化物应力腐蚀开裂。工程上有时也把。工程上有时也把受拉应力的钢及合金在湿受拉应力的钢及合金在湿H2S及其它硫化物及其它硫化物腐蚀环境中产生的腐蚀环境中产生的脆性开裂脆性

22、开裂统称为硫化物应统称为硫化物应力腐蚀开裂。力腐蚀开裂。SSCC通常发生在中高强度钢通常发生在中高强度钢中或焊缝及其热影响区等硬度较高的区域中或焊缝及其热影响区等硬度较高的区域。 硫化物应力腐蚀开裂机理硫化物应力腐蚀开裂机理 在含在含H H2 2S S酸性油气系统中，酸性油气系统中，SSCSSC主要出现于高主要出现于高强度钢、高内应力构件及硬焊缝上强度钢、高内应力构件及硬焊缝上。SSCSSC是由是由H H2 2S S腐蚀阴极反应所析出的氢原子，在腐蚀阴极反应所析出的氢原子，在H H2 2S S的催的催化下进入钢中后，在拉伸应力作用下，通过化下进入钢中后，在拉伸应力作用下，通过扩散，在冶金缺陷提

23、供的三向拉伸应力区富扩散，在冶金缺陷提供的三向拉伸应力区富集，而导致的开裂，集，而导致的开裂，开裂垂直于拉伸应力方开裂垂直于拉伸应力方向向。118SSCSSC的的本质属氢脆本质属氢脆。SSCSSC属低应力破裂，属低应力破裂，发生发生SSCCSSCC的应的应力值通常远低于钢材的抗拉强度力值通常远低于钢材的抗拉强度。SSCCSSCC具有脆性机制具有脆性机制特征的断口形貌。穿晶和沿晶破坏均可观察到，一般特征的断口形貌。穿晶和沿晶破坏均可观察到，一般高强度钢多为沿晶破裂高强度钢多为沿晶破裂。SSCCSSCC破坏多为突发性破坏多为突发性，裂纹，裂纹产生和扩展迅速。对产生和扩展迅速。对SSCSSC敏感的材

24、料在含敏感的材料在含H H2 2S S酸性油气酸性油气中，经短暂暴露后，就会出现破裂，以数小时到三个中，经短暂暴露后，就会出现破裂，以数小时到三个月情况为多。月情况为多。 硫化氢应力腐蚀和氢致开裂是一种硫化氢应力腐蚀和氢致开裂是一种低低应力破应力破坏，甚至在很低的拉应力下都可能发生开裂。坏，甚至在很低的拉应力下都可能发生开裂。一般一般说来，随着钢材强度说来，随着钢材强度( (硬度硬度) )的提高，硫化氢应力腐的提高，硫化氢应力腐蚀开裂蚀开裂越容易发生越容易发生，甚至在百分之几屈服强度时也，甚至在百分之几屈服强度时也会发生开裂。会发生开裂。 硫化物应力腐蚀和氢致开裂均属于硫化物应力腐蚀和氢致开裂

25、均属于延迟破坏延迟破坏，开裂可能在钢材接触开裂可能在钢材接触H2S后很短时间内后很短时间内(几小时、几几小时、几天天)发生，也可能在数周、数月或几年后发生，但发生，也可能在数周、数月或几年后发生，但无论破坏发生迟早，无论破坏发生迟早，往往事先无明显预兆往往事先无明显预兆。1203 3）SCCSCC影响因素和防止措施影响因素和防止措施 影响因素影响因素应力：工作应力、残余应力、热应力、结构应力。存在应力：工作应力、残余应力、热应力、结构应力。存在 一个临界应力，一个临界应力，低于此应力，裂纹不会明显生长低于此应力，裂纹不会明显生长材质：纯金属很少发生材质：纯金属很少发生SCCSCC，合金易发生，

26、合金易发生环境介质：水解为酸性的氯化物引起奥氏体不锈钢环境介质：水解为酸性的氯化物引起奥氏体不锈钢SCCSCC；PHPH越低，断越低，断裂时间越短裂时间越短温度：材料发生温度：材料发生SCCSCC有临界温度。低于此温度，材料不会断裂。温度越有临界温度。低于此温度，材料不会断裂。温度越高，断裂时间越短高，断裂时间越短121 防治措施防治措施改善材质：打破材料改善材质：打破材料特定介质的组合，正确选材（双相钢能较好特定介质的组合，正确选材（双相钢能较好抗抗SCCSCC）改变环境：降低介质腐蚀性，减少有害的腐蚀成分改变环境：降低介质腐蚀性，减少有害的腐蚀成分降低和消除应力：设计、制造、加工中使残余应

27、力降低，减小应力降低和消除应力：设计、制造、加工中使残余应力降低，减小应力集中集中电化学保护：外加电流的阴极保护电化学保护：外加电流的阴极保护122六、腐蚀疲劳六、腐蚀疲劳 定义：材料在定义：材料在交变应力交变应力和和腐蚀介质腐蚀介质共同作用下产生的共同作用下产生的脆性断脆性断裂裂 特征特征 腐蚀疲劳造成的破坏比单纯的机械疲劳和纯腐蚀破坏严重腐蚀疲劳造成的破坏比单纯的机械疲劳和纯腐蚀破坏严重 与与SCCSCC不同，纯金属也可能发生腐蚀疲劳；只要有腐蚀环境，加上交变不同，纯金属也可能发生腐蚀疲劳；只要有腐蚀环境，加上交变应力就可发生腐蚀疲劳，应力就可发生腐蚀疲劳，无特定材料无特定材料介质组合介质

28、组合 疲劳裂纹起源于疲劳裂纹起源于表面蚀坑或缺陷表面蚀坑或缺陷，呈，呈短而粗的裂纹群短而粗的裂纹群，主要为穿晶裂，主要为穿晶裂纹纹 其断口既有其断口既有腐蚀特征腐蚀特征（腐蚀产物，腐蚀坑），又有（腐蚀产物，腐蚀坑），又有疲劳特征疲劳特征（疲劳辉（疲劳辉纹）纹）123 影响因素影响因素 材料因素材料因素：材料耐蚀性越强，对腐蚀疲劳越不敏感。：材料耐蚀性越强，对腐蚀疲劳越不敏感。 不锈钢对腐蚀疲劳敏感性小，镁合金、不锈钢对腐蚀疲劳敏感性小，镁合金、 高强铝合金敏感性大高强铝合金敏感性大 力学因素力学因素：交变应力频率处于某中间范围时，腐蚀疲劳最明：交变应力频率处于某中间范围时，腐蚀疲劳最明 显。频

29、率过高，为纯疲劳，过低则为显。频率过高，为纯疲劳，过低则为SCCSCC 环境因素环境因素：介质腐蚀性越强，材料腐蚀疲劳强度越低，越易：介质腐蚀性越强，材料腐蚀疲劳强度越低，越易 发生腐蚀疲劳；温度升高，抗腐蚀疲劳能力下降发生腐蚀疲劳；温度升高，抗腐蚀疲劳能力下降124 防止措施防止措施 提高材料抗腐蚀疲劳能力提高材料抗腐蚀疲劳能力 合理选材合理选材 提高材料表面光洁度提高材料表面光洁度 表面氮化、喷丸、淬火处理表面氮化、喷丸、淬火处理 降低应力：改进设计、减少应力集中，避免振动或共振降低应力：改进设计、减少应力集中，避免振动或共振 降低环境腐蚀性：涂层、缓蚀剂、电化学保护降低环境腐蚀性：涂层、

30、缓蚀剂、电化学保护125七、磨损腐蚀七、磨损腐蚀 定义：由于腐蚀介质定义：由于腐蚀介质运动速度运动速度大，或介质与金属相大，或介质与金属相对运动速度大，导致构件对运动速度大，导致构件局部表面遭受严重的腐蚀局部表面遭受严重的腐蚀损坏损坏，称为磨损腐蚀，简称磨蚀，称为磨损腐蚀，简称磨蚀 流动介质：气体、液体、含固体颗粒或气泡的液体流动介质：气体、液体、含固体颗粒或气泡的液体 产生磨损腐蚀的部件：管道的弯头、三通、泵、叶产生磨损腐蚀的部件：管道的弯头、三通、泵、叶轮、冷凝器轮、冷凝器126 磨损腐蚀特殊形式磨损腐蚀特殊形式 湍流腐蚀湍流腐蚀：在部件某特定部位，介质流速急剧增大形成湍：在部件某特定部位

31、，介质流速急剧增大形成湍流而导致的磨蚀。腐蚀表面呈深谷或马蹄形凹槽流而导致的磨蚀。腐蚀表面呈深谷或马蹄形凹槽 空泡腐蚀空泡腐蚀：流体与金属部件作高速相对运动，在金属表面：流体与金属部件作高速相对运动，在金属表面局部地区产生涡流，伴随有局部地区产生涡流，伴随有气泡在金属表面迅速生成和破气泡在金属表面迅速生成和破灭灭，与孔蚀有类似破坏特征，与孔蚀有类似破坏特征水流管壁表面膜蚀谷冷凝管内壁湍流腐蚀示意图冷凝管内壁湍流腐蚀示意图127局部放大局部放大混输泵叶轮混输泵叶轮集输管线埋地弯头腐蚀集输管线埋地弯头腐蚀 128油管接箍发生汽蚀的蜂窝状形貌油管接箍发生汽蚀的蜂窝状形貌129 磨蚀的影响因素磨蚀的影

32、响因素 金属（合金）金属（合金） 惰性元素组成的合金，抗磨蚀性能与耐磨、冲击有关惰性元素组成的合金，抗磨蚀性能与耐磨、冲击有关 活泼元素组成的合金，抗磨蚀性能与表面膜质量有关活泼元素组成的合金，抗磨蚀性能与表面膜质量有关 硬度硬度 表面膜表面膜 膜的性质、成膜速度、膜的自修复能力膜的性质、成膜速度、膜的自修复能力 流速流速130八、其它几种腐蚀八、其它几种腐蚀131l氢脆氢脆金属材料的脆性降低金属材料的脆性降低l氢损伤氢损伤韧性降低和开裂，还包括材料其他物理性能韧性降低和开裂，还包括材料其他物理性能或化学性能的下降或化学性能的下降 氢致开裂或断裂氢致开裂或断裂1 1、 氢损伤氢损伤原子氢在合金

33、晶体结构内的渗入和扩散所原子氢在合金晶体结构内的渗入和扩散所导致的脆性断裂破坏的现象导致的脆性断裂破坏的现象氢损伤氢损伤氢损伤氢损伤氢压引起的微裂纹（钢中的白点、焊接冷裂纹）氢压引起的微裂纹（钢中的白点、焊接冷裂纹）高温高压氢腐蚀高温高压氢腐蚀氢化物相或氢致马氏体相变氢化物相或氢致马氏体相变氢致塑性损失氢致塑性损失1321 1） 氢致开裂的原因氢致开裂的原因l金属在溶液中，由于腐蚀、不恰当的酸洗、阴极保护等金属在溶液中，由于腐蚀、不恰当的酸洗、阴极保护等使表面有氢产生，氢原子很容易复合为氢分子从表面逸使表面有氢产生，氢原子很容易复合为氢分子从表面逸出出l如果基体内部存在空位、缺陷，使氢原子在缺

34、陷内形成如果基体内部存在空位、缺陷，使氢原子在缺陷内形成氢分子，氢分子进一步聚集而产生很大的压力，从而形氢分子，氢分子进一步聚集而产生很大的压力，从而形成氢鼓泡，降低了金属原子之间的结合强度，使材料变成氢鼓泡，降低了金属原子之间的结合强度，使材料变脆脆l如果氢脆的金属又受到超过临界值的拉应力，金属就会如果氢脆的金属又受到超过临界值的拉应力，金属就会开裂破坏，即氢裂开裂破坏，即氢裂1332 2） 氢损伤的特征氢损伤的特征 氢损伤导致金属材料韧性和塑性下降，使材料开裂和脆断。氢损伤导致金属材料韧性和塑性下降，使材料开裂和脆断。根据氢引起金属破坏的条件、机理和形态根据氢引起金属破坏的条件、机理和形态

35、氢鼓泡氢鼓泡氢脆氢脆脱碳脱碳氢腐蚀氢腐蚀氢进入金属内部氢进入金属内部-金属局部变形金属局部变形-破坏金属结构破坏金属结构氢进入金属内部氢进入金属内部-金属韧性和抗拉强度下降金属韧性和抗拉强度下降氢与渗碳体作用氢与渗碳体作用-脱碳脱碳-钢的强度下降钢的强度下降合金组分与氢反应合金组分与氢反应134l氢的来源氢的来源内氢和外氢；内氢和外氢；l氢的存在形式氢的存在形式H H原子、离子、分子、氢化物、气团等原子、离子、分子、氢化物、气团等l氢的分布氢的分布应力集中的位错、裂纹尖端处应力集中的位错、裂纹尖端处氢损伤由氢与材料交互作用引起氢损伤由氢与材料交互作用引起135H+eH阴极阴极阳极阳极MM+eH

36、+eHMM+e断裂断裂氢损伤和应力腐蚀断裂在产生原因和机理的区别氢损伤和应力腐蚀断裂在产生原因和机理的区别裂纹扩展是由于裂纹扩展是由于裂纹的阳极裂纹的阳极溶解溶解，而裂纹的扩展途径，而裂纹的扩展途径，合金内部原已存在的合金内部原已存在的活性通活性通道道、裂纹前沿因、裂纹前沿因塑性变形塑性变形而而形成的活性区。相应的阴极形成的活性区。相应的阴极过程对应力腐蚀裂纹扩展不过程对应力腐蚀裂纹扩展不产生直接的影响。产生直接的影响。 氢损伤是由于合金中吸收了氢损伤是由于合金中吸收了阴极反应产物氢原子，诱导脆性阴极反应产物氢原子，诱导脆性而产生和扩展的。而产生和扩展的。 相应的阳极过程仅是提供电相应的阳极过

37、程仅是提供电子，对氢脆不产生直接影响。子，对氢脆不产生直接影响。136应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂氢损伤氢损伤金属处于阳极敏感的电位区金属处于阳极敏感的电位区金属作为阴极时的敏感电位区金属作为阴极时的敏感电位区阳极过程的应力腐蚀断裂可因阳极过程的应力腐蚀断裂可因阴极保护而停止阴极保护而停止阴极过程的氢损伤，可因阳极阴极过程的氢损伤，可因阳极防护而不再进行防护而不再进行外加阳极电流使试样阳极极化，外加阳极电流使试样阳极极化，阳极溶解加快，断裂加速阳极溶解加快，断裂加速外加阴极电流使试样阴极极化，外加阴极电流使试样阴极极化，阴极析氢反应加快，断裂加速阴极析氢反应加快，断裂加速1373 3） 金属中氢的

38、行为金属中氢的行为氢的来源氢的来源氢的传输氢的传输氢的去处氢的去处造成结果造成结果氢损伤的过程涉及氢损伤的过程涉及138(1) (1) 氢的来源氢的来源l冶炼过程：炉中水分分解成氢进入液态金属冶炼过程：炉中水分分解成氢进入液态金属l加工过程：热处理、酸洗、电镀、焊接加工过程：热处理、酸洗、电镀、焊接（a a）内氢）内氢材料在使用前内部就已经存在的氢材料在使用前内部就已经存在的氢l材料在使用过程中与含氢介质接触或进行阴极析材料在使用过程中与含氢介质接触或进行阴极析氢反应吸收的氢氢反应吸收的氢l水溶液水溶液析氢反应析氢反应 l湿空气湿空气很多金属间化合物中的吸水活泼元素很多金属间化合物中的吸水活泼

39、元素与水反应生成与水反应生成H H（b b）外氢（环境氢）外氢（环境氢） 金属表面产生活性氢原子进入金金属表面产生活性氢原子进入金属中属中139(2)(2)氢的存在形式氢的存在形式 氢在金属中的分布是不均匀的，主要富集在应力集中的氢在金属中的分布是不均匀的，主要富集在应力集中的位错、裂纹尖端等缺陷处，并向拉伸应力集中处扩散和富集位错、裂纹尖端等缺陷处，并向拉伸应力集中处扩散和富集l H、H、H氢可以氢可以H、H、H的形式固溶在金属中的形式固溶在金属中l 氢分子氢分子H2当金属中的氢含量超过溶解度时，氢原子往当金属中的氢含量超过溶解度时，氢原子往往在金属的缺陷（孔洞、裂纹、晶间等）聚集形成氢分子

40、往在金属的缺陷（孔洞、裂纹、晶间等）聚集形成氢分子l 氢化物氢化物氢在氢在V、Ti、Zr等等IVB或或VB族金属中的溶解度族金属中的溶解度较大；但超过溶解度后会形成较大；但超过溶解度后会形成TiHx，Ni也可以形成氢化也可以形成氢化物物l CH4气体气体l 气团气团氢与位错结合形成气团氢与位错结合形成气团140（）氢在金属中的溶解度（）氢在金属中的溶解度RTHpCSHHexp22HHpkCRTHkCSHexp当当T 恒定时，恒定时，当当 p 恒定时，恒定时， 对对Fe而言，氢的溶解是吸热过程，随温度升高，氢的溶而言，氢的溶解是吸热过程，随温度升高，氢的溶解度增大解度增大 氢在金属中的溶解度取决

41、于温度和压力，在气体氢和溶解氢在金属中的溶解度取决于温度和压力，在气体氢和溶解在金属中的氢达到平衡时：在金属中的氢达到平衡时： 21()H2H气（金属中）141（）氢陷阱（）氢陷阱固溶在金属中的氢原子占据晶体点阵的最大间隙位置，如固溶在金属中的氢原子占据晶体点阵的最大间隙位置，如bcc金属的四面体间隙和金属的四面体间隙和fcc金属的八面体间隙。金属的八面体间隙。实测氢浓度实测氢浓度点阵中的溶解度点阵中的溶解度 少量氢处于晶格间隙外，绝大部分氢处于各种缺陷位置，如少量氢处于晶格间隙外，绝大部分氢处于各种缺陷位置，如晶界、位错、空位、孔隙等晶界、位错、空位、孔隙等氢陷阱氢陷阱处于晶格间隙位置的氢原

42、子（浓度为处于晶格间隙位置的氢原子（浓度为CL）可以被陷阱捕获，）可以被陷阱捕获，而陷阱中的氢原子（浓度为而陷阱中的氢原子（浓度为CT）也可能跑出陷阱进入晶格间）也可能跑出陷阱进入晶格间隙位置。隙位置。 在平衡时：在平衡时：)()(K陷阱中的氢溶解的氢TLHH142RTEBCCKbLTexp 平衡常数：平衡常数： Eb陷阱结合能陷阱结合能 氢在陷阱中的富集氢在陷阱中的富集-过饱和的氢原子在孔隙中结合成分子过饱和的氢原子在孔隙中结合成分子氢，氢， 产生非常大的压力。如：若钢中氢浓度为产生非常大的压力。如：若钢中氢浓度为410-6，相应氢压高达相应氢压高达104MPa以上以上l Eb较小（较小（0

43、.6eV），则平衡常数），则平衡常数K就小。在室温下氢也能就小。在室温下氢也能从陷阱中跑出来，这种陷阱为从陷阱中跑出来，这种陷阱为可逆陷阱可逆陷阱。处于可逆陷阱中。处于可逆陷阱中的氢在室温就能参与氢的扩散及氢致开裂过程的氢在室温就能参与氢的扩散及氢致开裂过程l Eb较大（较大（0.6eV），室温下捕获在陷阱中的氢难以跑出，），室温下捕获在陷阱中的氢难以跑出，这类陷阱为这类陷阱为不可逆陷阱不可逆陷阱。可逆陷阱和不可逆陷阱在外部条。可逆陷阱和不可逆陷阱在外部条件（如温度）变化时可能发生转变件（如温度）变化时可能发生转变143（5 5）氢的传输）氢的传输引起氢致开裂的平均引起氢致开裂的平均氢含量氢含

44、量一般都一般都很低很低，氢致开裂需要氢的，氢致开裂需要氢的局局部富集部富集，而富集是通过氢在金属中的传输来实现的。，而富集是通过氢在金属中的传输来实现的。 氢的传输有氢的传输有扩散扩散和和位错迁移位错迁移两种方式两种方式l 扩散扩散正常扩散：从一个间隙位置跳到另一个间隙位置正常扩散：从一个间隙位置跳到另一个间隙位置异常扩散：沿晶界、位错通道扩散及隧道效应异常扩散：沿晶界、位错通道扩散及隧道效应l 位错迁移氢位错迁移氢位错带着氢气团一起运动位错带着氢气团一起运动144(a)(a)扩散扩散l金属中存在氢的浓度梯度或应力梯度时就会导致氢的扩金属中存在氢的浓度梯度或应力梯度时就会导致氢的扩散散l存在氢

45、的浓度梯度时，氢将从浓度高的地方向浓度低的存在氢的浓度梯度时，氢将从浓度高的地方向浓度低的地方扩散地方扩散l常温下，由于氢陷阱的存在，对氢在金属中的扩散行为常温下，由于氢陷阱的存在，对氢在金属中的扩散行为影响较大；高温下，影响较小影响较大；高温下，影响较小145(b)(b)位错迁移位错迁移l位错是一种特殊的氢陷阱位错是一种特殊的氢陷阱l位错能将氢原子捕获在其周围，位错能将氢原子捕获在其周围，形成科垂尔气团形成科垂尔气团l位错能够迁移氢：氢在金属中扩位错能够迁移氢：氢在金属中扩散快，在位错运动时氢气团能够散快，在位错运动时氢气团能够跟上位错一起运动跟上位错一起运动l当运动的位错遇到与氢结合能更当

46、运动的位错遇到与氢结合能更大的不可逆陷阱时，氢将被大的不可逆陷阱时，氢将被“倾倾倒倒”在这些陷阱处在这些陷阱处1464 4） 氢脆的分类氢脆的分类按照氢脆敏感性与应变速率的关系，可分为：按照氢脆敏感性与应变速率的关系，可分为：第一类氢脆第一类氢脆第二类氢脆第二类氢脆施加载荷前，金属内部已存在裂施加载荷前，金属内部已存在裂纹源即使从金属中除氢，损伤也纹源即使从金属中除氢，损伤也不能消除不能消除氢脆的敏感性随应变速率增加而降低氢脆的敏感性随应变速率增加而降低147(a) (a) 第一类氢脆第一类氢脆l材料加载前内部已存在裂纹源，加载后在应力作用下加材料加载前内部已存在裂纹源，加载后在应力作用下加快

47、了裂纹的形成与扩展快了裂纹的形成与扩展,使材料的塑性或强度降低使材料的塑性或强度降低l氢脆的敏感性随应变速率的增加而增加。即使从金属中氢脆的敏感性随应变速率的增加而增加。即使从金属中除氢，损伤也不能消除，塑性或强度也不能恢复，造成除氢，损伤也不能消除，塑性或强度也不能恢复，造成金属的永久性损伤金属的永久性损伤(不可逆氢脆不可逆氢脆) 148第一类氢脆第一类氢脆包括三种形式：包括三种形式：氢腐蚀氢腐蚀由于氢在高温高压下与金属中第二相（夹杂物由于氢在高温高压下与金属中第二相（夹杂物或合金添加物）发生化学反应，生成高压气体（如或合金添加物）发生化学反应，生成高压气体（如CH4、SiH4）引起材料脱碳

48、、内裂纹和鼓泡的现象）引起材料脱碳、内裂纹和鼓泡的现象氢鼓泡氢鼓泡过饱和的氢原子在缺陷位置（如夹杂）析出，过饱和的氢原子在缺陷位置（如夹杂）析出，形成氢分子，在局部造成很高的氢压，引起表面鼓泡或内形成氢分子，在局部造成很高的氢压，引起表面鼓泡或内部裂纹的现象部裂纹的现象氢化物型氢脆氢化物型氢脆氢与氢与IVB和和VB族金属有较大的亲和力，族金属有较大的亲和力，含氢量较高时容易生产脆性的氢化物相，并在随后受力时含氢量较高时容易生产脆性的氢化物相，并在随后受力时成为裂纹源，引起脆断成为裂纹源，引起脆断149(b)(b)第二类氢脆第二类氢脆 可逆氢脆：可逆氢脆：l指含氢金属在高速变形时并不显示脆性，而

49、在缓慢变形指含氢金属在高速变形时并不显示脆性，而在缓慢变形时由于氢逐渐向应力集中处富集，在应力与氢交互作用时由于氢逐渐向应力集中处富集，在应力与氢交互作用下裂纹形核、扩展，最终导致脆性的断裂。在未形成裂下裂纹形核、扩展，最终导致脆性的断裂。在未形成裂纹前去除载荷，静置一段时间后高速变形，材料的塑性纹前去除载荷，静置一段时间后高速变形，材料的塑性可以得到恢复，即应力去除后脆性消失。可以得到恢复，即应力去除后脆性消失。材料在材料在加载前并不存在裂纹源加载前并不存在裂纹源，加载后在应力和氢的交互作，加载后在应力和氢的交互作用下逐渐形成裂纹源，最终导致脆性断裂用下逐渐形成裂纹源，最终导致脆性断裂应力诱

50、发氢化物型氢脆：应力诱发氢化物型氢脆： l在应力作用下氢向应力集中处富集，当氢浓度超过临界值在应力作用下氢向应力集中处富集，当氢浓度超过临界值时沉淀出氢化物。这种应力诱发的氢化物相变只是在较低时沉淀出氢化物。这种应力诱发的氢化物相变只是在较低的应变速率下出现，并导致脆性断裂。一旦出现氢化物，的应变速率下出现，并导致脆性断裂。一旦出现氢化物，即使卸载除氢，静置一段时间后再高速变形，塑性也不能即使卸载除氢，静置一段时间后再高速变形，塑性也不能恢复，也是恢复，也是不可逆氢脆不可逆氢脆1505 5） 氢损伤机理氢损伤机理可逆氢脆可逆氢脆氢鼓泡氢鼓泡氢腐蚀氢腐蚀氢化物型氢脆氢化物型氢脆151(1)(1)

51、氢脆氢脆l氢脆是指由于氢扩散到金属中以固溶态存在或生成氢化氢脆是指由于氢扩散到金属中以固溶态存在或生成氢化物而导致材料断裂的现象。物而导致材料断裂的现象。l金属内部存在氢，使金属的韧性和抗拉强度下降，在静金属内部存在氢，使金属的韧性和抗拉强度下降，在静载荷的作用下过早地破坏。载荷的作用下过早地破坏。l氢浓度达到氢浓度达到PPM量级，即可造成氢脆。量级，即可造成氢脆。l氢脆机理氢脆机理l氢促进局部塑性变形理论（氢促进局部塑性变形理论（H与位错交互作用机理）与位错交互作用机理）l吸附氢降低表面能理论吸附氢降低表面能理论l氢压理论氢压理论l弱键理论（点阵脆化理论）弱键理论（点阵脆化理论）152（a

52、a）氢脆的机理）氢脆的机理H2(gas)裂纹尖端裂纹尖端153H2(gas)物理吸附物理吸附分离、化学吸附分离、化学吸附154H2(gas)氢扩散氢扩散在应力的作用下，氢原子向裂纹在应力的作用下，氢原子向裂纹前沿的应力集中区扩散前沿的应力集中区扩散氢的扩散，阻碍了裂纹前沿的位错运动氢的扩散，阻碍了裂纹前沿的位错运动，造成局部加工硬化，提高了金属抵抗，造成局部加工硬化，提高了金属抵抗塑性变形的能力塑性变形的能力155H2(gas)xmax在外力的作用下，能量只能通过裂纹扩在外力的作用下，能量只能通过裂纹扩展来释放，氢的存在加速了裂纹扩展展来释放，氢的存在加速了裂纹扩展156（b b）裂纹形态与应

53、力状态有关）裂纹形态与应力状态有关显微空显微空穴聚结穴聚结穿晶穿晶沿晶沿晶a-a-高应力高应力 b-b-中应力中应力 c-c-低应力低应力157(c) (c) 影响因素影响因素l对第二类氢脆，随应变速率的降低，氢脆敏感性升高对第二类氢脆，随应变速率的降低，氢脆敏感性升高l温度升高，氢脆敏感性降低。氢脆一般发生在室温附近温度升高，氢脆敏感性降低。氢脆一般发生在室温附近（-30到到+30 ），温度高于），温度高于65，一般不产生氢脆，一般不产生氢脆l最易产生氢脆的材料是高强钢最易产生氢脆的材料是高强钢l应变速率必须与氢的扩散速率相适应应变速率必须与氢的扩散速率相适应l以使氢有足够的时间进行扩散以使

54、氢有足够的时间进行扩散l并在裂纹前端富集达到临界浓度并在裂纹前端富集达到临界浓度158(2)(2)氢鼓泡氢鼓泡l氢吸附在金属表面后，向内部扩散氢吸附在金属表面后，向内部扩散l过饱和的氢原子在缺陷位置（夹杂、空穴）析出后，形过饱和的氢原子在缺陷位置（夹杂、空穴）析出后，形成氢分子成氢分子l在局部区域造成高氢压，形成内部裂纹在局部区域造成高氢压，形成内部裂纹l若内部裂纹正好位于表面下方，外层金属就会向上突出，若内部裂纹正好位于表面下方，外层金属就会向上突出，形成表面鼓泡，使钢材撕裂形成表面鼓泡，使钢材撕裂159氢鼓泡机制氢鼓泡机制 (a)(a)示意图和（示意图和（b b）照片）照片 厚壁碳钢炼油设

55、备发生的氢鼓泡厚壁碳钢炼油设备发生的氢鼓泡160氢致开裂氢致开裂(a)(a)示意图和（示意图和（b b）照片）照片 161（a a）氢鼓泡机理）氢鼓泡机理H2(gas)物理吸附物理吸附H2(gas)分离、化学吸附分离、化学吸附H2(gas)氢扩散氢扩散H2(gas)鼓泡形成鼓泡形成1234162环境环境钢钢H2S+H2OH2夹杂物夹杂物H鼓泡鼓泡H非金属夹杂物非金属夹杂物HH2H2偏析区偏析区HH2FeSFe2+HS-H+HS-H+163l氢鼓泡是第一类氢脆氢鼓泡是第一类氢脆l氢鼓泡多发生于低强钢，在没有应力存在的情况氢鼓泡多发生于低强钢，在没有应力存在的情况下也可发生，裂纹平行于轧制的板面下

56、也可发生，裂纹平行于轧制的板面l对高强钢，易发生应力腐蚀开裂，裂纹与主应力对高强钢，易发生应力腐蚀开裂，裂纹与主应力方向垂直方向垂直l氢鼓泡发生在金属表面氢鼓泡发生在金属表面l根源根源外界氢向钢中渗入外界氢向钢中渗入l降低金属表面的氢含量降低金属表面的氢含量l使用缓蚀剂使用缓蚀剂l避免阴极保护（外加阴极电流，发生阴极极化，避免阴极保护（外加阴极电流，发生阴极极化，加快阴极析氢反应）加快阴极析氢反应）l避免异种金属搭接形成电偶避免异种金属搭接形成电偶 (b)(b)氢鼓泡的特征氢鼓泡的特征（c c）抑制措施）抑制措施164(3)(3)氢腐蚀氢腐蚀氢在高温高压下与金属中第二相（夹杂物或合金添加物）发

57、生氢在高温高压下与金属中第二相（夹杂物或合金添加物）发生化学反应，生成高压气体（如化学反应，生成高压气体（如CH4、SiH4）引起材料脱碳、内）引起材料脱碳、内裂纹和鼓泡的现象裂纹和鼓泡的现象l氢与碳反应形成甲烷氢与碳反应形成甲烷l在晶粒边界形成甲烷气泡在晶粒边界形成甲烷气泡l钢内部的气泡最终发展成裂纹钢内部的气泡最终发展成裂纹机理机理165氢腐蚀机理的示意图氢腐蚀机理的示意图166(4)(4)氢化物型氢脆氢化物型氢脆氢与氢与IVB和和VB族金属有较大的亲和力，含氢量较高时容易生族金属有较大的亲和力，含氢量较高时容易生产脆性的氢化物相，并在随后受力时成为裂纹源，引起脆断产脆性的氢化物相，并在随

58、后受力时成为裂纹源，引起脆断1672 2、COCO2 2腐蚀腐蚀 某些油、气，含某些油、气，含COCO2 2分压很高，与冷凝水、地层水发生化分压很高，与冷凝水、地层水发生化学反应或溶解其中，而引起的腐蚀学反应或溶解其中，而引起的腐蚀 氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀 168 影响因素影响因素 环境中环境中COCO2 2分压分压: :分压低于分压低于0.5atm,0.5atm,观察不到任何点蚀造观察不到任何点蚀造 成的损坏成的损坏 温度：中等温度区域温度：中等温度区域(60-150)(60-150)腐蚀严重腐蚀严重, , 流速流速: : 流速增加流速增加, ,腐蚀加速腐蚀加速; ;流速过低流速过低, ,

59、点蚀增加点蚀增加 腐蚀产物膜的影响腐蚀产物膜的影响1 1）产物膜无保护性时）产物膜无保护性时, ,均匀腐蚀均匀腐蚀2 2）产物膜不完整或损坏脱落）产物膜不完整或损坏脱落, ,点蚀穿孔点蚀穿孔3 3）产物膜完整、致密、稳定，降低均匀腐蚀速度）产物膜完整、致密、稳定，降低均匀腐蚀速度169 CO CO2 2腐蚀特征与规律腐蚀特征与规律阳阳 极极 反反 应应170阴阴 极极 反反 应应171172173CO2腐蚀特征腐蚀特征 均匀腐蚀（均匀减薄）、局部腐蚀（局部减薄）为主均匀腐蚀（均匀减薄）、局部腐蚀（局部减薄）为主冲刷腐蚀台地状局部腐蚀均匀腐蚀减薄点蚀174CO2 腐腐 蚀蚀 规规 律律CO2腐蚀

60、速率影响因素腐蚀速率影响因素环境因素环境因素内部因素内部因素力学因素力学因素温度温度 CO2分压分压pH值值介质介质材料成分组织材料成分组织多相流、固体颗粒多相流、固体颗粒力学化学作用力学化学作用腐蚀缓减作用腐蚀缓减作用腐蚀产物膜的形成腐蚀产物膜的形成腐蚀产物膜的破坏腐蚀产物膜的破坏传质加速作用传质加速作用腐蚀产物膜的状态腐蚀产物膜的状态腐蚀速率、腐蚀形态腐蚀速率、腐蚀形态单相水介质单相水介质油水比例油水比例主要控主要控制因素制因素1754060801001200.00000.00030.00060.00090.0012 Weight Loss (g/mm2)Temperature () 1M