腐蚀与防腐.ppt

1、承压设备的腐蚀与防腐,华东理工大学 王志文 2011.12.24 深圳,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,2,第一部分 承压容器腐蚀类型和 腐蚀机理概述,1.腐蚀原理 腐蚀不单会造成材料的大量损失，还会酿成安全事故，流程工业设备和各种机械设备都存在腐蚀失效,腐蚀机理分两大类： 化学腐蚀没有带电物质参与的腐蚀过程，例 如高温下钢材被氧化、高温高压临氢环境下钢材的 氢腐蚀 4Fe+3O2=2Fe2O3 C+2H2=CH4 电化学腐蚀有带电物质参与的腐蚀过程，即金属材料在电解质溶液环境中的腐蚀。 Fe+2 +2(OH)=Fe(OH)2,1.1电化学腐蚀理论简介 常见的金属腐蚀绝大部分是电

2、化学腐蚀 电化学腐蚀过程伴有电荷的转移电子与离子的迁移 金属原子失去电子变为带正电的金属离子称为氧化 电解质得到电子成为负离子称为还原 以Zn在水中被氧化腐蚀为例： Zn+ 1/2O2+H2O= Zn(O H)2 ZnZn2+2e 1/2O2+H2O+ 2e2(OH) Zn2+ 2(OH)Zn(O H)2,电化学腐蚀过程示意图 金属的阳极反应：MMn+ne 氧化、失去电子、成为阳极 溶液的阴极反应：D+neDne 还原、得到电子、称为阴极,含氧的中性水溶液,1.1.1电动序表 金属材料发生电化学腐蚀的性能首先取决于金属本身的电化学特性，即电极电位 金属在标准状态时的平衡电极电位称为标准电极电位

3、，按该电位高低排成电动序表,金属的电动序表,1.1.2腐蚀电池 宏观腐蚀的电池模型 局部微电池腐蚀模型 电极电位愈负的金属愈易被腐蚀，是腐蚀电池的阳极失去电子，属氧化反应。 电极电位愈正的金属愈易获得电子，它不被腐蚀，成为腐蚀电池的阴极，属还原反应。,通常将氢的标准电极电位设为0 。标准电极电位比氢低的为负电位，电动序表中电位越负的金属，越容易发生电化学腐蚀。 Fe= Fe2+2e 的标准电极电位是0.44V Fe= Fe3+3e 的标准电极电位是0.36V 标准电极电位为正的金属耐腐蚀性能较好，正电位越高，耐腐蚀性能越好。 电极电位比铁低的金属，如铝、钛、锌、铬等常用来保护铁，使其免遭腐蚀。

4、主要是利用这些覆盖在铁上的“活泼”金属，在空气中迅速氧化形成致密的氧化层，而起到保护作用。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,9,1.1.3极化现象 铜和铁浸入电解质溶液构成宏观腐蚀电池 极化现象观测图 在开路时：阳极（Fe）的电位EA0 阴极（Cu）的电位EK0 系统电阻R 在接通时：I 0=(EC0-EA0)/R,实验测得电流变化曲线如下图所示： 极化引起的电流变化 开始接通时电流 I 0很大，但数秒钟后因电动势骤降，造成了电流急速下降，最后稳定的I值很小。 电池工作时，由于电流流动从而导致电极电位偏离初始值的现象称为极化现象。 阳极极化阳极电位向正方向偏离 阴极极化阴极电位向

5、负方向偏离 这种现象的出现使腐蚀电池的电动势越来越小。,极化现象产生的原因是阳极或阴极的电极反应与电子迁移速度间存在差异引起的。电子迁移的速度极快，但电极反应的速度要慢得多。阴极来不及全部消耗阳极送来的电子，造成电子堆积，使阴极电位向负方向移动；阳极由于电子流出的速度快，电子密度减小，使阳极电位向正方向移动 。 这种由于电化学反应速度缓慢引起的电位变化称为电化学极化，此外还有浓差极化和膜阻极化 。,对于一个腐蚀系统来说，上述三种极化作用都可能存在，但程度往往相差很大。例如溶液处于强烈搅拌的情况下，浓差极化的作用就很弱；金属处于活性状态下，电化学极化会很小；金属由于钝化形成了保护膜，则膜阻极化将

6、成为主要的。,去极化作用减弱或消除极化的过程 从控制腐蚀的角度，增强极化作用可减 小腐蚀电流，降低腐蚀速率。但在电解、电镀、腐蚀法加工过程中却希望加大腐蚀电流，增加电化学反应速度，促使物质更快地迁移，从而减少能耗，这就需要研究 极化的规律。 极化曲线和极化图 用极化电位E 极化电流i表示的曲线为极化曲线,1.1.4腐蚀极化图 将构成腐蚀电池的阳极极化曲线和阴极极化曲线绘制在同一张图上，这就是腐蚀极化图 腐蚀电池正常工作时，腐蚀电流达到I ，其欧姆方程为： EC0EA0=ECEA I .R 式中： EC0EA0为初始电动势， EC 为阴极的极化阻力， EA 为阳极的极化阻力， R为溶液内阻及线路

7、电阻 I .R为电阻引起的电位降， 图中用ER表示,腐蚀极化图,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,14,S点ER为零，表示此时腐蚀电流回路上的 电阻等于0。S点的电流Icorr 表示理论上可能达到的最 大 腐蚀电流, 此时阴极和阳极的 电位分别从EC0和EA0 极化到同一 电位，即图上S点对应的电位Ecorr ， 该电位称为腐蚀电位。 省略腐蚀过程中的许多中间细 节，伊文斯对腐蚀极化图进行简化， 将曲线简化为直线，便得到伊文思 极化图。,伊文斯极化图,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,15,腐蚀极化图的应用意义 在腐蚀过程中若某一步骤的阻力最大，该步 骤就成为控制整个腐

8、蚀进行速度的关键。其腐蚀极化 图大致可分为以下四种类型 ：,阴极控制 阳极控制 混合控制 欧姆电阻控制,不同腐蚀控制过程的腐蚀极化图,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,16,腐蚀极化图的应用 1.判断腐蚀过程的控制因素 2.测试金属的腐蚀速度 3.评价金属在溶液介质中的耐腐蚀性能 4.确定电化学防腐蚀方法所需提供的保护电流大小,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,17,第二部分 承压容器的腐蚀失效规律 影响因素及控制对策,1.腐蚀失效形态的分类 （1）全面腐蚀（均匀腐蚀） （2）点蚀（孔蚀） （3）晶间腐蚀 （4）冲蚀 （5）应力腐蚀开裂唯一与应力有关并会形成裂纹的腐蚀

9、（6）缝隙腐蚀 （7）氢腐蚀属于化学腐蚀的一种，发生于高温高压临氢环境之中 （8）双金属腐蚀（电偶腐蚀） 相对于全面腐蚀，以上第2、3、4、5及8种均为局部腐蚀,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,19,2.各类腐蚀失效的特点 2.1全面腐蚀 其腐蚀机理包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 特点是接触到腐蚀介质的金属设备表面，都会受到腐蚀，是一种全面积的腐蚀，但不一定非常均匀。这种腐蚀造成的金属损失量，相比于各种局部腐蚀要多得多，是一种最常见的腐蚀。 2.1.1全面腐蚀的腐蚀速率 （1）按质量变化表示的腐蚀速率 K质量=(mom1)/S0t g/m2.h 式中： mo、m1试样腐蚀前后的质

10、量，g S0试样的初始面积，m2 t 腐蚀时间，h,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,20,（2）按试样腐蚀深度表示的腐蚀速率 K深度=（ (mom1)/S0t ）.（24365/1000）mm/a 式中: 被腐蚀金属的密度，g/cm3 a 腐蚀时间，年 第二种速率表达方式在过程设备中用得最广。速率的大小与介质特性、介质温度、介质浓度和金属 性质均密切相关，只能通过实验测得。 在各种腐蚀手册中可以获得常见介质对常用金属材料的腐蚀速率 。常用腐蚀手册有： 1.Revi R.W.,尤利格腐蚀手册，第2版.杨武等译. 北京：化学工业 出版社，2005 2.黄建中，左禹.材料的耐腐蚀性和腐

11、蚀数据. 北京：化学工业出版社，2003,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,21,2.1.2金属耐腐蚀性的评价 工程上按实测的腐蚀速率（mm/a）分成 四 个等级：优良、良好、可用、不适用。,金属耐腐蚀程度的四级标准,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,22,2.2 晶间腐蚀失效 晶间腐蚀就是指沿晶界发生的腐蚀，包括晶界 及其附近很窄的区域在内的区间发生的腐蚀。 20世纪30年代初提出了能较好解释奥氏体不 锈钢晶间腐蚀的晶界贫化理论 常见的奥氏体不锈钢的晶间腐蚀主要发生在焊 接区，特别是母材的焊接热影响区，因为母材部 分在轧制成板材或管材出厂之前，已进行过固溶 化处理，而

12、焊接时热影响区重新被加热，便破坏 了固溶化状态，从而出现了敏化效应,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,23,减少焊缝发生晶间腐蚀的主要方法是 采用含碳量很低的母材及焊条焊丝（C0.08%低碳,C 0.03%超低碳）同时 含有更能快速形成碳化物的铌、钛元素，以防 止形成Cr23C6。 稳定化处理是将奥氏体不锈钢加热到 900让钛或铌首先与碳形成碳化物，可以防 止再在晶界析出碳化铬和出现贫铬区。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,24,1、晶间腐蚀的金相检验 188奥氏体不锈钢形成敏化晶界区和晶间腐蚀的原理,敏化晶界区形成贫铬区 晶界区的腐蚀过程,2011.12.18,腐蚀

13、与防腐培训班-深圳,25,晶间腐蚀的剖面金相,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,26,2. 晶间腐蚀的预防 原则上以采用能抵抗介质晶间腐蚀的材料为宜。例如当采用304不锈钢发现有晶间腐蚀时，则可改用超低碳(含碳量小于0.03)的304L不锈钢。 2.3应力腐蚀失效 金属材料的应力腐蚀在材质、介质和应力(主要是拉应力)三个因素的共同作用和耦合下才会发生。应力腐蚀的表现形态主要是形成不断扩展的裂纹，这是一种在应力作用下的局部腐蚀,危害性特别大。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,27,1、应力腐蚀裂纹的形貌特征,(1)宏观形貌 用肉眼或借助放大镜观察这类裂纹，发现应力腐蚀裂

14、纹宏观上具有多源、分叉、宏观总体走向与最大主应力基本相垂直等三大特征。 应力腐蚀裂纹往往起源于结构的应力集中处。焊缝的咬边、引弧坑以及孔蚀的凹坑、甚至焊缝的焊波处均是容易引发应力腐蚀裂纹的地方，因此常常是多源的裂纹，不是只有一条裂纹。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,28,显微形貌 用金相显微镜或扫描电镜观察时，可以发现腐蚀扩展的途径有穿晶扩展，沿晶扩展和混合型(即既有穿晶同时又有沿晶扩展)三种类型。,穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,29,奥氏体不锈钢应力腐蚀的穿晶断口 Cl-引起的解理断口,800,1000,2011.12.18,腐蚀

15、与防腐培训班-深圳,30,应力腐蚀中常见的沿晶断口冰糖状,50,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,31,200,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,32,200,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,33,500,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,34,2、奥氏体不锈钢的应力腐蚀,据近年统计的不锈钢腐蚀失效事例中，几乎50是应力腐蚀失效。奥氏体型不锈钢对氯离子的应力腐蚀(俗称氯脆)十分敏感。凡奥氏体不锈钢经过敏化温度(450850)加热(包括焊接区)，过饱和的碳形成碳化物沉淀并在缓冷过程中易形成晶界贫铬的。晶界的耐蚀性下降，晶界的负电位更低，容易形成沿

16、晶的应力腐蚀。低碳、超低碳的奥氏体不锈钢或不经敏化温度热加工的，则不易形成沿晶的应力腐蚀，但易形成穿晶应力腐蚀。特别是经过冷作加工的更易形成穿晶应力腐蚀。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,35,案例 ：奥氏体不锈钢波形膨胀节的爆炸事故分析,1.典型的奥氏体不锈钢波形膨胀节爆炸事故 一套合成氨变换装置的600管道，由16MnR 卷制而成，其中6波的波形膨胀节则选用304不锈 钢。最大工作压力 2.17MPa，操作温度240， 名义厚度为为10mm。变换气中含有： 1000mg/m3的H2S，同时含饱和水蒸汽。安装后 经过半年运行，在没有任何超压的情况下突然发 生爆炸。爆炸是发生在某

17、一波峰的环向截面上， 爆炸的膨胀节未发现任何总体塑性变形的迹象。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,36,经查爆炸的波峰截面上有大小不等的7只裂纹 均为起始于内壁的内表面裂纹。其中最长的裂纹长 达150mm，深度达到壁厚的0.94，剩余壁厚0.4mm， 事故正是该最大裂纹引起的，断口上的放射纹及人字 纹说明了这一点 这是一起典型 低应力脆断爆炸事故。由于该波纹膨 胀节工作在高浓度的H2S环境中，半年的试运行过程 中总共遇到14次的开停车。每次停车，气相中的饱和 水蒸汽便结出冷凝水，H2S便溶解到水膜中构成湿硫 化氢环境。断口上腐蚀产物硫含量高达1.13%，304 等188型的奥氏体

18、不锈钢在湿硫化氢环境中会形成应 力腐蚀开裂。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,37,波形膨胀节爆炸后波峰断口上的老裂纹,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,38,裂尖的金相（100）,在其它波峰上也发现了类似的开裂（只是 没有爆炸开来）。基本上属于穿晶开裂，裂纹 有些分枝。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,39,断口的鸡爪纹（200）,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,40,2.奥氏体不锈钢的冷加工硬化与形变马氏体,通常固溶态奥氏体不锈钢的硬度为HB130180。经查，上述爆炸膨胀节波谷处的硬度为HB228，而波峰处（冷加工变形最大处）硬度高达

19、HB453 ，显然冷加工变形大大提高了材料的硬度。所有的应力腐蚀裂纹都集中在膨胀节的波峰处 。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,41,膨胀节波峰处材料中出现了大量形变马氏体 波峰外壁处的金相（100）,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,42,膨胀节波峰处材料中出现了大量形变马氏体 波峰内壁处的金相（100）,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,43,3.固溶化热处理实验,固溶化处理消除了形变马氏体后的金相 （水冷200X）,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,44,固溶化处理消除了形变马氏体后的金相 （风冷200X）,2011.12.18,腐蚀与防

20、腐培训班-深圳,45,固溶处理前后硬度的对比,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,46,固溶处理前后冲击韧性值,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,47,通过固溶化处理能使硬度降低，韧性也得到恢复。所以任何冷加工硬化了的奥氏体不锈钢构件，要防止或减缓应力腐蚀开裂，就必须进行固溶化处理，否则容易出现严重问题。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,48,防止或减缓奥氏体不锈钢应力腐蚀的基本途径为：,采用低碳与超低碳不锈钢可以减缓沿晶应力腐蚀开裂及扩展，但不能消除应力腐蚀开裂的敏感性 。 尽量避免敏化温度范围内的加热与缓慢冷却。 尽量作消除残余应力处理。 对于奥氏体不锈

21、钢经深度冷加工而出现较多马氏体组织的结构件（如波纹形膨胀节等），其应力腐蚀更为敏感，应作固溶化处理,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,49,防止不锈钢发生应力腐蚀，目前新发展的不锈钢品种有 ：,高镍的Cr-Ni不锈钢,即镍的含量达45以上 超纯铁素体不锈钢, 铁素体奥氏体双相不锈钢 此外，奥氏体不锈钢，还对高温高压纯水(例 如电厂纯水、核电站纯水)、连多硫酸、湿H2S、 NaOH水溶液、海水与海洋大气等环境也有应力 腐蚀开裂的敏感性。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,50,3、碱脆,低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的应力腐蚀称为碱脆。较多发生在用NaOH处理过的软化水系

22、统中 。 当碱浓度大于515时才可能出现碱脆，浓度达到30时最为敏感。设备中容易发生NaOH富集浓缩的地方尤易出现碱脆，产生碱脆的最低温度为6065，温度愈高愈易发生，在沸点附近最容易发生碱脆。含碳量低于0.20的低碳钢和低合金钢较敏感。合金元素Al、Ti、Nb、V、Cr等的加入可以降低甚至消除碱脆敏感性。 能导致碱脆的介质还有KOH、LiOH及K2CO3、铝酸钠等。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,51,4、硝脆,生产硝酸钠、化肥及炼油的催化裂化再生器的碳钢低合金钢设备发生过很多硝脆失效事例。硝脆是指在含硝酸根或其他氮氧化物介质环境中，钢材的应力腐蚀开裂。硝脆比碱脆更容易发生。

23、硝脆应力腐蚀倾向由大到小的排列次序是： NH4N03Ca(N03)2LiN03KN03NaN03 露点腐蚀引起的应力腐蚀最为有效的防治措施是设法提高壁温 。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,52,5.无水液氨对碳钢和低合金钢的应力腐蚀,(1)腐蚀机理 含水量低于0.2的液氨可称为无水液氨。 采用强度较高的低合金钢后出现了大量的焊缝开裂问题，并认为这也是应力腐蚀问题。仍属于阳极溶解型的电化学过程。并发现裂尖腐蚀产物中有碳的聚集，可能与液氨中杂质CO32有关。微量的氧会促进液氨的应力腐蚀,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,53,(2)预防措施 钢的强度高低直接影响抗液氨应

24、力腐蚀的性能。如果采用强度较低的(s350MPa，)铁素体钢制造,而且焊后进行了消除应力热处理，则应力腐蚀的危险性最小。欧洲标准化组织CEOC提出的建议文件(编号R43CEOCCP82def)中指出，对于-20以上储存无 水液氨的容器应采用强度较低的钢材(s 450MPa)，如有可能则采取整体或局部的消除应力处理，而且检验周期应不超过4年。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,54,直至1998年化工部标准HG 20581-1998钢制 化工容器材料选用规定才对液氨储罐用材作出规定：要求所用材料的s355MPa，b630MPa；并对 碳当量提出要求：低碳钢和碳锰钢的Cd0.4%，低合

25、金 钢Cd0.45%；热处理状态至少为正火、或正火十回火、 退火、调质；硬度规定值为：低碳钢HV(10)220，低合 金钢HV(10)245(均指单个值)；原则上应进行焊后消除 应力热处理。 国外还提出两条措施： 1.用水作为缓蚀剂 2.让储罐处在33条件下，也可使应力腐蚀的危险性降到最小,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,55,6、湿硫化氢的应力腐蚀和氢损伤,湿硫化氢环境中钢材开裂实际上有两类开裂现象。一种是应力诱导的氢致开裂(SOHIC)，也是应力腐蚀；另一种是与应力无关的氢鼓泡(HB)和氢致开裂(HIC)。 电化学阳极反应方程可简单的表达为 Fe2十S2FeS (阳极溶解 腐

26、蚀)阴极反应则为析氢过程 2H2e2H (氢原子析出进入钢的基体),2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,56,(1)湿硫化氢引起的应力腐蚀开裂 电化学阳极反应方程可简单的表达为 Fe2 S2 = FeS (阳极溶解腐蚀) 阴极反应则为析氢过程 2H2e = 2H (氢原子析出进入钢的基体) 溶液的pH值对这一应力腐蚀过程有重要影响。 pH很低时很容易开裂和造成试样断裂。推荐采用 HB200的钢作为油气田选用钢材的标准，屈服强 度大于9001000MPa的高强度 钢在湿硫化氢环 境很易发生这种应力腐蚀，不应用于此种环境。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,57,(2)湿硫化

27、氢引起的氢鼓泡 硫化氢溶于水之后 离子氢渗入钢中成原子 氢，再形成了氢分子并聚积成氢气团，且有很高 的压力。当这些氢气团仅存在于接近钢材表面的 表层时，很容易在平行于轧制方向的带状组织的 层间鼓胀，使钢材表面出现鼓泡，鼓泡还可能 破裂。湿硫化氢引起的氢鼓泡最容易发生在钢中 硫化物夹杂处，且在常温下最易出现。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,58,低强度钢在湿H2S环境中的氢鼓泡,(3)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。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,59,

28、低碳钢在湿硫化氢环境中出现氢致开裂的金相照片,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,60,奥氏体不锈钢在湿硫化氢环境中的应力腐蚀开裂 除Cl的原因外，湿硫化氢所引起的奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂问题往往被忽视。 重要的是失效分析中如何判断是湿硫化氢引起的还 是Cl引起的。湿硫化氢导致奥氏体不锈钢应力腐蚀裂纹 有以下几个特点： 剖面金相检验时其裂纹虽是穿晶扩展较多，但分叉 少，不象Cl引起的应力腐蚀裂纹分叉那么突出。 裂纹的断口进行扫描电镜分析时往往呈准解理状， 常出现鸡爪形发纹，显示因阴极吸氢反应导致的氢致开 裂断口特征，不象Cl应力腐蚀断口的河流状解理断裂那 么明显。 断口上有二次裂纹

29、，但比Cl应力腐蚀断口的二次裂纹少得多,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,61, 断口腐蚀产物在扫描电镜中做能谱分析时能出现显著的硫元素峰，比金属中的含硫量要大若干个数量级。 湿H2S应力腐蚀的预防 主要方法是：控制介质中的有害成分，即 改善腐蚀环境；选用合适的材料；必要时对焊缝 采取消应力退火热处理。控制HB200是防止 湿H2S应力腐蚀的有效方法 2.4 腐蚀疲劳失效 腐蚀疲劳是在腐蚀环境中的疲劳问题断口上的 腐蚀产物多，裂纹尖端不尖锐，较圆钝。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,62,2.5 氢腐蚀失效,氢对钢材有各种各样的损伤，本小节主要讨论高温高压条件下氢对钢

30、材的腐蚀损伤。 Fe3C+4OH- = 3Fe+CH4 氢腐蚀是一种化学腐蚀 氢腐蚀后金相特征：(1)脱碳，即碳化物相消失；(2)出现甲烷鼓泡。 氢腐蚀后超声测厚时会出现增厚假象，原因是钢中甲烷气相增多，声速减慢， 声程增大，折算出壁后增厚。 氢腐蚀后经金属敲击的清脆声消失，变得闷哑。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,63,氢腐蚀出现将导致严重后果： 材料致脆、强度变低，易产生压力容器及管 道的脆性爆炸及严重火灾。,因氢腐蚀脆化而爆破的碳钢管,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,64,防止氢腐蚀最有效的措施是遵循API 579中 沿用多年并不断修正的Nelson曲线来正

31、确选用钢材， 该曲线的最新版本是2007年的。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,65,注意几个概念 氢腐蚀 氢脆、氢致开裂、应力诱导氢致开裂 氢鼓泡，与氢致开裂机理相同 甲烷鼓泡，在具备氢腐蚀条件时才会发生 奥氏体不锈钢不会发生氢腐蚀，它溶氢量大，扩散困难,它是实验与应用经验的总结。常用加氢反应器的 使用温度370580左右Cr-Mo钢可解决,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,66,Cr-Mo钢加氢反应器使用中切记： 开工时先升温后升压，停工时先降压后降 温，同时250300 下保温排氢，这样既可 防止基材Cr-Mo钢因发生回火脆而导致开裂， 又可防止内壁不锈钢堆焊层

32、与基材之间产生氢 剥离。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,67,第三部分 承压容器在设计与制造中的防腐措施 选材、结构设计、焊接技术要点,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,68,1 腐蚀失效破坏形式 1.1全面腐蚀失效破坏形式 (1)韧性失效 因厚度大范围减薄而导致韧性失效，可以说因 全面腐蚀导致的韧性破坏是一种低载荷(而不是 低应力)的韧性破坏。 (2)脆断失效 若全面腐蚀导致金属的全面脆化，就会引起脆 断 。例如氢腐蚀已使材料全面致脆，此时就有发 生脆断的危险。,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,69,2、局部腐蚀失效破坏形式 (1)局部鼓胀变形及爆破

33、失效 (2)泄漏失效 孔蚀泄漏 腐蚀裂纹泄漏 (3)低应力脆断 (4)脆化引起的脆断,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,70,2.设计中防腐蚀的考虑 涉及设计的选材、防腐蚀衬层的结构设计、 焊接要求、材料热处理、检验与试验要求等几大方面。 设计工程公司现已配备材料专业技术人员，但仍不能完 满解决问题。 2.1设计中的选材环节 承压筒体的主要作用是承压，在实际介质环境 下，耐腐蚀级别为第一级（优良）或第二级（良好） 的可以选用，设计时给予预定寿命年限内的腐蚀裕量 即可 ，但必须注意全面腐蚀中的不均匀性问题：液位 起伏变化处、局部冲蚀处的防护 必须考虑介质对金属材料腐蚀的形态及失效特点

34、， 失效后果,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,71,必须考虑下列因素： 使用介质、使用温度、材料特性、焊接工艺、 施工难度、介质腐蚀性及介质中的多种有害物质。例 如水，就很复杂，除K 、Na、 Ca、 Mg、 之外，还要 考虑O2 Cl-；又如NaOH水溶液中是否有Cl- 设计部门在选材上也会屡犯错误，如波纹膨胀节 常用奥氏体不锈钢的问题设计选材案例 在不同情况下衬里的选择： 1.大型设备且腐蚀又较严重时，采用耐腐蚀金属 作衬里 2.强腐蚀的低压容器，可采用无机材料作衬里， 温度不高时也可用有机材料作衬里 3.强腐蚀 且高温的情况下，用石墨衬里较多,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,72,2.2防腐蚀的结构设计 当采用耐腐蚀衬里层（包括堆焊层）时，重点结 构问题： 1.是用单层耐腐蚀金属还是复合钢板？ 2.衬层焊缝与基材的焊合结构问题 3.内壁接管口的焊接结构问题 4.法兰密封面处的结构问题 5.复合钢板焊接接头的结构问题 6.有应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳可能性的情况应避 免结构的应力集中,2011.12.18,腐蚀与防腐培训班-深圳,73,2.3防腐蚀设计中考虑的检验问题 耐腐蚀材料焊缝区受焊接热影响的组织改 变 对防腐蚀性能的影响特殊技术要求如何提出 例如18-8型不锈钢焊后出