【文章內(nèi)容簡介】 應力腐蝕 應力腐蝕也叫應力腐蝕破裂，是指拉應力和一種特定腐蝕介質共同存在而引起的破裂。金屬或合金發(fā)生應力腐蝕破裂時，大部分表面實際不遭受腐蝕，只有一些細裂紋穿透內(nèi)部。破裂在常用的設計應力范圍之內(nèi)發(fā)生，后果非常嚴重。 裂紋方向一般與作用力垂直。 第二章 腐蝕原理 第二章 腐蝕原理 對應力的要求：須為拉應力并有足夠大，應力的來源可有外加的、殘余的、熱或焊接應力。許多應力腐蝕破裂的例子并未發(fā)現(xiàn)外加應力，焊接的鋼內(nèi)有接近屈服點的殘余應力。 應力腐蝕破裂和多數(shù)化學反應一樣，隨溫度上升而加速。 研究腐蝕的目的是控制腐蝕，控制腐蝕的目的是實現(xiàn)安全生產(chǎn)、保護環(huán)境和提高經(jīng)濟效益。 （選材、改變環(huán)境、設計、陰極保護陽極保護、涂層） 第三章：腐蝕的防止 第一節(jié) 選材 工程中選擇一種材料取決于多種因素，雖然我們關心的是材料的耐蝕性，但最后的選擇卻常常決定于耐蝕性以外的因素，即材料的成本、耐蝕性、加工性能等。很多高耐蝕材料如金、鉑和一些高溫合金不是到處都能用；玻璃也很耐蝕，但加工性能、強度又存在問題。 選擇材料通常要考慮的因素：耐蝕性、成本、外觀、加工性能、強度、供應及時。 第三章：腐蝕的防止 第三章：腐蝕的防止 金屬和合金 防止腐蝕最常用的辦法是針對特定腐蝕環(huán)境選擇合適的金屬或合金。在選擇合金時，有幾種金屬 ——腐蝕解質的較好組合，耐蝕性好且成本較低。例如： 不銹鋼 ——硝酸 鎳和鎳合金 ——堿 蒙耐兒 ——氫氟酸 哈氏合金 ——熱鹽酸 鉛 ——稀硫酸 鋁 ——非污染大氣暴露 錫 ——蒸餾水 鈦 ——熱的強氧化性溶液 鋼 ——濃硫酸 鉭 ——最耐蝕 第三章：腐蝕的防止 不銹鋼： 鉻是主要合金元素，含量不得低于 11%。鉻及其合金能夠鈍化，在很多環(huán)境中具有優(yōu)良的耐蝕性。 鋁和鋁合金： 鋁是活性金屬，但它能產(chǎn)生一層氧化鋁膜，使它在很多環(huán)境中得到保護。這層膜在中性和多種酸性溶液中十分穩(wěn)定，但是受堿侵蝕。純鋁很軟，一般需制成合金和進行熱處理。 鎂和鎂合金： 鎂是耐蝕性最低的材料之一，因而用作陰極保護中的犧牲陽極。它相對于大多數(shù)金屬和合金一般都為陽極，因而必須使之互相絕緣。 第三章：腐蝕的防止 銅和銅合金： 銅和多數(shù)其它金屬不同之處是它兼有良好耐蝕性、高電導率和熱導率、成型性能、加工性能和強度，只有高溫下例外。銅對城市、海洋、工業(yè)大氣和水有良好的耐蝕性。銅在腐蝕過程中通常不析氫。因此，除非有氧存在或其他氧化劑（如 HNO3）存在，否則它不受酸的腐蝕。 黃銅（ CU—Zn） 青銅（ CU中加入 Sn,AL或 Si） 第三章：腐蝕的防止 金屬純度 純金屬的耐蝕性一般比含有雜質或少量它種元素的金屬更好。但是純金屬價格較貴，且比較軟，強度低。機械性能一般不能滿足工程要求。 第三章：腐蝕的防止 第二節(jié)：改變環(huán)境 改變介質狀態(tài) 改變介質狀態(tài)為減輕腐蝕提供了多種途徑。通常采用改變介質狀態(tài)的典型方法有： （ 1）降低溫度， （ 2）降低流速， （ 3）除去氧或氧化劑，（ 4）改變濃度。 在許多情況下這類改變可以顯著減輕腐蝕，但是實施起來必須小心。這類改變產(chǎn)生的效果隨特定體系而不同。 第三章：腐蝕的防止 緩蝕劑 在環(huán)境中加入少量某種物質就能降低腐蝕率， 這種物質就稱為緩蝕劑。 吸附型緩蝕劑 析氫反應抑制劑 氧化劑 主要用于顯示活化 —鈍化轉變的金屬和合金的 緩蝕，如鐵、鐵合金、不銹鋼等。 氣相緩蝕劑 使用時放在被保護金屬的附近，通過升華 而后凝聚在金屬表面上。氣相緩蝕劑只用在密閉系 統(tǒng)內(nèi)才有效，例如用于包裝內(nèi)部或運輸中的機器內(nèi) 部。 第三章：腐蝕的防止 不同的緩蝕劑只對特定的金屬、環(huán)境、溫度和濃度才有效；使用緩蝕劑一定要有足夠的量，這一點很重要，因為許多緩蝕劑當用量不足時，會加速腐蝕，特別是會引起孔蝕一類的局部腐蝕，加得太少不如不加，適當過量有好處； 一個體系內(nèi)加入兩種以上的緩蝕劑，緩蝕效果有時比單獨加一種要好，這是復合效應。 第三章：腐蝕的防止 第三節(jié) 設計 結構設計常常和選材一樣重要，設計既要考慮機械和強度上的需要，同時也要考慮腐蝕裕量。 裕量不是越大越好，還要滿足機械上的要求，如重量、壓力、應力等。 第三章：腐蝕的防止 應當遵守設計上的規(guī)則： 槽和其他容器用焊接不用鉚接。因鉚接縫會提供縫隙腐蝕的部位。 設計槽和其他容器時，應考慮易于清洗和將液體排放干凈。槽底和排液口應有坡度，使槽放空后不至積留液體。 預計在使用中很快會損壞的部件，設計時應考慮更換方便。 暴露在腐蝕介質中的部件要避免承受過大的機械應力和應力集中。 避免不同金屬接觸以防止電偶腐蝕?？赡軙r，全部體系選用同類材料，或使不同材料之間絕緣。 避免管路中的急彎。因為容易引起磨損腐蝕。 換熱操作中應避免局部過熱點。 設計中要排除空氣。腐蝕中最普遍的陰極反應是氧還原，如果消除了氧，腐蝕常常可以減輕或停止。 第三章：腐蝕的防止 第四節(jié) 陰極保護和陽極保護 陰極保護 陰極保護原理可以用金屬 M在酸中的腐蝕來說明。產(chǎn)生的電化學反應是金屬的溶解和氫氣的析出： M →M+n+ne (31) 2H＋ +2e→H2 (32) 由 (31) 可知，將電子提供給被保護金屬結構，金屬就得到了保護，即當電子通入金屬時，會抑制金屬的溶解。 第三章：腐蝕的防止 陰極保護有兩種方法： （ 1）使用外加電源， （ 2）用合適的電偶（犧牲陽極）連結。 使用外加電源時，電源的負極接到金屬構件上； 第三章：腐蝕的防止 第三章：腐蝕的防止 犧牲陽極示意圖 犧牲陽極是選擇一個電位更負的金屬與金屬構件相連， 電位越負，輸出的電流越大。 第三章：腐蝕的防止 海洋平臺上使用的陽極 第三章：腐蝕的防止 陽極保護：用陽極鈍化方法達到減小金屬腐蝕的目的 ，這種防護技術叫做陽極保護 。 陽極保護的適用條件 : （ 1）具有活態(tài) —鈍態(tài)轉變。 （ 2）陽極極化時必須使金屬的電位正移到穩(wěn)定鈍化區(qū)內(nèi)。 第三章：腐蝕的防止 陽極保護的原理： 第三章：腐蝕的防止 陽極保護的基礎： 從外部導入陽極電流時，金屬表面產(chǎn)生保護膜。 應用的對象：只能是用于具有活性 —鈍性轉變的金屬如鎳、鐵、鉻、鈦和它們的合金。 主要優(yōu)點是能用于腐蝕極強的環(huán)境，同時所需電流很低。 ★陽極保護是危險性保護 第三章：腐蝕的防止 陽極保護和陰極保護的比較： 陽極保護和陰極保護可以互相補充。 陽極保護能用在從微弱到極強的腐蝕介質中，而陰極保護只限于腐蝕性不太強的條件，在腐蝕性很強的介質中用陰極保護是不現(xiàn)實的。 第三章：腐蝕的防止 陽極保護有兩項獨特的特點： 第一，施用的電流通常就等于被保護體系的腐蝕率。陽極保護不僅起保護作用，還提供了一種監(jiān)視瞬時腐蝕率的方法。 第二，陽極保護的操作條件能夠根據(jù)實驗室的極化測量精確地確定下來。 第三章：腐蝕的防止 第五節(jié) 涂層 涂層的主要作用是在金屬和環(huán)境之間提供有效的屏障。 金屬涂層、無機涂層、有機涂層。 使用有機涂層有一條通則，在底層材料能被迅速腐蝕的環(huán)境中，不要使用有機涂層。例如，運鹽酸的槽車，如果涂層存在缺陷或暴露出一點面積就會引起迅速穿孔。 第三章：腐蝕的防止 使用有機涂層重點應考慮： （ 1）表面處理，（ 2）選擇涂料，（ 3）涂敷過程。 如果金屬表面未經(jīng)適當處理，漆膜由于結合力低就會出現(xiàn)剝落；如果底漆沒有良好的附著力，或與面漆不相適應，也會過早損壞；如果沒有好的涂敷過程，也得不到好的涂膜。 第三章：腐蝕的防止 表面處理一方面是使表面粗糙，以獲得良好的機械結合（齒狀結構），另一方面將污垢、銹、油脂、焊渣、軋鋼鱗皮等去除。形成一個干凈、粗糙的表面。表面處理最好是拋丸或噴砂。 底漆潤濕性要好，可以使縫隙和表面缺陷填滿涂料，可以到錨紋的底部，而不至于架空； 第三章：腐蝕的防止 涂料干燥時間最好短些，可以避免涂面漆之前受到污染（在野外油漆重要），一些人認為含有特殊填料如鋅粉、鉻酸鋅的底漆還有一定的緩蝕作用（有待證實）。 使用廉價的涂料并不見得真正經(jīng)濟，因為涂層系統(tǒng)的成本大部分是花在施工上，特別是外防腐，美觀也是一個方面，選擇好的涂料體系，能明顯提高涂層壽命，費用增加卻很少。 第三章：腐蝕的防止 涂層是靠致密性來起到保護作用的 ， 如果只涂一層總是難免針孔或其他缺陷 ， 所以需要多道涂敷 ， 使一層漆的針孔被另一層蓋上 ， 以獲得完好的涂膜 。 即使是高固體分涂料 ， 也不提倡只涂一次就達到厚度 。 涂層的厚度很重要 ， 因為涂層隨著時間延長 ， 終歸要老化破損 。 第四章 設計與腐蝕控制的關系 第一節(jié) 材料的相容性 如果設計人員經(jīng)驗不足，對結構和設備缺乏整體的考慮，常常過于孤立地只考慮零部件本身。復雜設備的各個部件所用的材料之間，如果關系不當，即使設計再好也可能毀壞。設計時要首先考慮材料種類的相容性，避免因為自身電位不同而引起腐蝕。 案例： 一艘游艇，用蒙乃爾合金（ Ni70Cu30）制造船殼，連接船殼的鉚釘是碳鋼制造，很短時間內(nèi)鋼鉚釘嚴重腐蝕，游艇報廢。 第四章 設計與腐蝕控制的關系 在電解質溶液中，不同金屬由于電位不同而構成腐蝕電池。電位較負（耐蝕性差）的金屬作為陽極，腐蝕被加速，電位較正（耐蝕性好）的金屬作為陰極，受到一定程度的保護。兩種金屬電位差越大，電偶腐蝕的傾向就越大。 第四章 設計與腐蝕控制的關系 如果把新鋼件連接到浸沒在海水中的較大的舊結構上，新鋼件將變成陽極并加速腐蝕。在一段舊管線上，連接一個新管節(jié)，新管節(jié)要加快腐蝕，直至達到老管線的腐蝕程度。 在腐蝕性介質中，如果需要異種金屬連接，最好采取絕緣措施。 第四章 設計與腐蝕控制的關系 第二節(jié) 幾何因素的影響 不能僅從部件自身狹隘的有限范圍孤立的看待所設計產(chǎn)品的形狀尺寸，還要考慮與裝置內(nèi)其他部件的相互關系。 設計形狀不能過于復雜，結構應簡單、光滑、合理。 選擇外形，要能夠減少發(fā)生腐蝕的機會，減輕腐蝕的程度。減少死角、縫隙，采用連續(xù)焊、避免因空間狹小而使防腐蝕變得操作困難和不可能。 在縫隙無法避免的地方，要盡量改變幾何形狀、尺寸或配合。 若可能，應避免搭接和縫隙，或進行有效的密封。 第四章 設計與腐蝕控制的關系 千方百計地使設計避免超速流和湍流的影響。 管子的彎曲半徑應盡可能的大，通常為使流速合適，要求管子的彎曲半徑最小為管徑的 3倍。 在高速流接頭的部位，不要采用 T型分叉結構，應逐漸采用曲線逐漸過渡的結構。 要防止不規(guī)則保溫的影響。避免保溫層中濕氣對金屬的作用；保冷管線避免冷凝液浸濕保溫層對管線形成腐蝕。 第四章 設計與腐蝕控制的關系 第三節(jié) 結構的影響 寧愿讓構件直接受壓或受拉，而不使其受彎或受扭。 盡可能減少結構上的應力集中因素。 在內(nèi)外拐角處要設置較大的圓角。 避免尖角（特別是凸出的棱角），也要避免尖銳的凹角。 要避免鉚接、焊接或螺栓連接的截面處的不同心。 不要采取不封閉的焊縫，避免間斷焊縫。 焊接結構的設計應易于操作，以便改善焊接的質量。 第五章 儲罐、容器的防腐蝕 油田儲罐的防腐蝕以涂層為主，要做好儲罐的涂層防腐蝕，涉及幾個環(huán)節(jié)：設計（工藝、結構）、建造安裝、選擇涂料、施工過程和質量檢查。 制約儲罐容器壽命