压力容器金属材料的腐蚀类型及其试验方法

一、均匀腐蚀

均匀腐蚀(又称全面腐蚀)是指在整个合金材料表面上以比较均匀的方式发生的腐蚀现象。其形貌特征是当发生全面腐蚀时，材料的厚度逐渐变薄，甚至腐蚀穿透。

全面腐蚀是机械设备在实际使用中发生腐蚀失效的基本形式。全面腐蚀代表材料总的重量损失。这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验，或查阅腐蚀方面的文献资料，或凭生产经验加以预测，便于估计设备的寿命。在选用耐蚀材料时，其耐全面腐蚀性能是耐蚀性的最基本的性能。

均匀腐蚀试验最常用的是重量法，即将试样置于试验介质中，经一定时间后测量其质量变化,求出其腐蚀速度。现行标准为JB/T7901—1999《金属材料试验室均匀腐蚀全浸试验方法》，代替了原标准GB/T10124—1988。二、点腐蚀

钝化型金属之所以能抗腐蚀乃是由于其表面能形成一层具有保护性的钝化膜。然而,一旦这层钝化膜遭到破坏，而又缺乏自钝化的条件或能力，金属就会发生腐蚀，如果腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域，并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑，而金属的大部分表面仍保持钝性的腐蚀现象，称为点腐蚀。

影响金属材料点蚀性能的因素主要由两个方面，材料和环境介质。就材料本身，其影响因素包括合金成分、显微组织以及金属表面状态。

目前大多数国家的标准规定用点蚀当量指数(PREN)来表征不锈钢的抗点蚀性能。对奥氏体不锈钢、双相不锈钢及铁素体不锈钢的PREN计算公式为:PREN=Cr+3.3Mo+16N(合金中各元素质量分数)

PREN数值越大表明不锈钢的耐点蚀性越好。PREN只作为不锈钢--般综合耐蚀性的标示方法,是耐蚀性的相对性能，用于不同成分牌号的耐蚀性排队比较，而不是绝对的性能指标。同时，PREN只考虑了合金成分，没有充分考虑热处理状态，只适用于金属材料特定状态下耐蚀性能的比较，如奥氏体、双相不锈钢的固溶态，铁素体不锈钢的退火态。

点腐蚀的试验方法主要有电化学方法和化学浸泡法。

电化学方法主要是测量试样的不锈钢击穿电位。其标准为GB/T17899—1999《不锈钢点蚀电位测量方法》。

化学浸泡法主要是采用三氯化铁溶液进行点腐蚀化学加速试验。其标准为GB/T17897—2016《金属和合金的腐蚀不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》。三、晶间腐蚀

晶粒间界是结晶方向不同的晶粒间紊乱错合的界域，因而，它们是金属中各溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和σ相等)沉淀析出的有利区域。在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀。这种沿着材料晶粒间界先行发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象,称为晶间腐蚀。

不锈钢和合金的晶间试验方法标准是GB/T4334—2008《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》。

该标准规定了不锈钢晶间腐蚀试验方法的试样、试验溶液、试验设备、试验条件和步骤，试验结果的评定及试验报告。

该标准适用于检验不锈钢晶间腐蚀，包括以下试验方法:

1、方法A—不锈钢10%草酸浸蚀试验方法。

适用于奥氏体不锈钢晶间腐蚀的筛选试验，试样在10%草酸溶液中电解浸蚀后，在显微镜下观察被浸蚀表面的金相组织，以判定是否需要进行方法B、方法C、方法D、方法E等长时间热酸试验。在不允许破坏被测结构件和设备的情况下，也可以作为独立的晶间腐蚀检验方法。

2、方法B—不锈钢硫酸-硫酸铁腐蚀试验方法。

适用于将奥氏体不锈钢在硫酸、硫酸铁溶液中煮沸试验后，以腐蚀速率评定晶间腐蚀倾向。

3、方法C—不锈钢65%硝酸腐蚀试验方法。

适用于将奥氏体不锈钢在65%硝酸溶液中煮沸试验后，以腐蚀速率评定晶间腐蚀倾向。

4、方法D—不锈钢硝酸-氢氟酸腐蚀试验方法。

适用于检验含钼奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。用温度为70C的10%硝酸和3%氢氟酸溶液中的腐蚀速率，同基准试样腐蚀速率的比值来判定晶间腐蚀倾向。

5、方法E—不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法。

适用于检验奥氏体、奥氏体-铁素体不锈钢在加有铜屑的硫酸-硫酸铜溶液中煮沸试验后，由弯曲或金相判定晶间腐蚀倾向。四、缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是在电解质溶液中(特别是含有卤素离子的介质)，在金属与金属或非金属表面之间狭窄的缝隙内，由于溶液的移动受到阻滞，在缝隙内溶液中氧耗竭后，氯离子即从缝隙外向缝隙内迁移，又由于金属氯化物的水解自催化酸化过程，导致钝化膜的破裂，因而产生与自催化点腐蚀相类似的局部腐蚀。它可能破坏机械连接的整体性和密封性，给设备的正常运行造成严重的障碍或失效,甚至出现破坏事故。

缝隙腐蚀通常发生在一些电解质溶液(特别是含有卤素离子时)停滞的缝隙中或屏蔽的表面内。在通用机械设备中，法兰的连接处，与铆钉、螺栓、垫片、垫圈(尤其是橡胶垫圈)、阀座、松动的表面沉积物以及附着的海洋生物等相接触处，还有列管换热器胀管间隙处等，都容易发生缝隙腐蚀。需要指出的是，即使没有氯离子存在，也可能产生缝隙腐蚀。

其常用的试验方法有:三氯化铁化学浸泡和电化学方法两种。

三氯化铁化学浸泡法标准为GB/T10127—2002《不锈钢三氯化铁缝隙腐蚀试验方法》。五、应力腐蚀

机械设备零件在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下，将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，致使设备和零件失效，这种现象称为应力腐蚀开裂。

根据介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等，而分别称为氯裂(氯脆或氯化物开裂)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。

应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同，它在极低的负荷应力下也能产生开裂;它与单纯由腐蚀引起的开裂也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。其全面腐蚀常常很轻，而且没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性腐蚀类型。

机械设备和部件发生应力腐蚀开裂(SCC)必须同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。

根据应力加载的方法不同，应力腐蚀试验方法主要可分为以下四类。

1、恒变形法

给予试样—定的变形，对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定。

2、恒载荷法

即把单轴拉伸型的试样沿轴向施加应力，在腐蚀介质中试验，比较断裂时间的长短，或利用应力与断裂时间的关系曲线，来提出应力腐蚀开裂的临界应力σscc。

3、慢应变速率法

是在专门设计的慢应变速率应力试验机上，使试样在腐蚀介质中以一定的应变速度拉伸，直至断裂。分析试样的破断情况和断口特征等，以评定其应力腐蚀开裂敏感性。

4、断裂力学法

使用楔形张开加载型试样进行研究，对预先制有裂纹的试样给以各种K值,测定裂纹停止扩展的临界值KIscc。

其标准有GB/T4157—2017《金属在硫化氢环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂实验室试验方法》、GB/T17898—1999《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》、GB/T10126—2002《铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法》。

在GB/T21433—2008《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》标准释义(“锅容标委”组织编写，黄嘉琥编著)-书中，表1-1详细对比说明了晶间腐蚀与晶间型应力腐蚀开裂的主要