【正文】 如鉻、鋯、含鉻鎳的不銹鋼； ? （ 4）在土壤條件下不發(fā)生陽極溶解的金屬如鈦、鉭； ? 2 陰極過程 ? 陰極過程是氧的還原： ? 在酸性很強(qiáng)的土壤中，才發(fā)生氫的去極化： ? 不同土壤條件下腐蝕控制過程有三種形式： ? 陰極控制；陽極控制；陰極－電阻混合控制； ???? OHeOHO 442 22222 HeH ???圖8－16 四 土壤腐蝕的影響因素 ? 1 孔隙度（透氣性） ?。 ? 1 陽極過程 ? 按金屬在潮濕、透氣不良且含有氯離子的土壤中 ? 的陽極極化行為，把它們分為： ? （ 1）陽極溶解時(shí)沒有顯著陽極極化的金屬。 圖8－18 ?三 土壤腐蝕的電極過程及控制因素 ? 大多數(shù)金屬在土壤中的腐蝕為氧的去極化腐蝕。 ? 雜散電流的腐蝕特征：陽極區(qū)局部腐蝕； ? 防止措施：排流法；絕緣法；犧牲陽極法； ? 7 微生物腐蝕 ? 和土壤有關(guān)的微生物有四類： ? 硫化菌（ SOB）、厭氧菌（ SRB）、 ? 真菌、異養(yǎng)菌。 ? 5 新舊管線構(gòu)成的腐蝕 ? 當(dāng)新舊管線連接在一起時(shí)，由于舊管線表面有腐蝕產(chǎn)物層，使其電極電勢比新管正，成為腐蝕電池是陰極，加速新管腐蝕。鹽濃度高的部位電極電勢較負(fù)，成為陽極而加速腐蝕。 ?二 土壤腐蝕的類型 ? 1 異金屬接觸電池（電偶電池） ? 地下金屬構(gòu)件由于采用不同的金屬材料，電極電勢不同的兩種金屬連接時(shí)電勢較負(fù)的金屬加劇腐蝕，而電勢較正的金屬獲得保護(hù)； ? 2 氧濃差電池 ? 對于埋在土壤中地下的管線，由于管線不同部位的土壤其含氧量不同形成氧濃差電池。 ?一 土壤電解質(zhì)的性質(zhì) ? 1 土壤的組成與結(jié)構(gòu) （ 1）多相：土粒、水、空氣固、夜、氣三相組成，且土粒 中含有多種無機(jī)礦物質(zhì)以及有機(jī)物質(zhì)； ? 多孔：團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、顆粒間形成大量毛細(xì)管微孔或孔 ? 隙，孔隙中充滿水和氣； （ 2）結(jié)構(gòu)的不均勻性，土壤中各種微結(jié)構(gòu)的物理－化學(xué)性 質(zhì)，尤其與腐蝕有關(guān)的電化學(xué)性質(zhì)有明顯的差異； ? 2 土壤的導(dǎo)電性 ? 土壤的含水量和含鹽量高，電阻率升高，土壤腐蝕嚴(yán)重。 ? 這些構(gòu)成地下“地下動脈”的設(shè)備往往難于檢修，給生產(chǎn)帶來很大的危害，尤其在石油化工行業(yè)，土壤腐蝕防不勝防。 ? （ 1）充氮封存 ? （ 2）干燥空氣封存 ? 4 緩蝕劑 ? 防止大氣腐蝕用的緩蝕劑分為油溶性緩蝕劑、氣相緩蝕劑和水溶性緩蝕劑。金屬表面粗糙易吸附塵埃，吸濕而造成局部腐蝕；金屬表面的腐蝕產(chǎn)物具有較大的吸濕性，會降低臨界相對濕度而加速腐蝕速度。 ?（ 2）酸、堿、鹽的影響 ? 介質(zhì)的酸堿性的改變，將影響去極化劑（如 H＋ ）的含量及金屬表面膜的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響金屬的腐蝕速度的大小。 ? NH3 易溶于水膜中，使 pH值增加，對鋼鐵起緩蝕作用。 圖8－12，8－13 ? 另一種認(rèn)為： ? SO2能加速金屬的腐蝕速度的原因，認(rèn)為一部分SO2被吸附在金屬表面，與鐵反應(yīng)生成易溶解的硫酸亞鐵， FeSO4進(jìn)一步氧化并由于強(qiáng)烈的水解作用生成硫酸，硫酸又與鐵作用，整個(gè)過程具有自催化反應(yīng)，其反應(yīng)如下： OHF e S OOFeSOHSOHF e O O HOHOF e S OF e S OOSOFe242424222442244444464???????????? ② HCl、 H2S、 NH3腐蝕性氣體的影響 ? HCl 是腐蝕性較強(qiáng)的一種氣體，溶于水膜中生成鹽酸， ? 對金屬的腐蝕破壞大； ? H2S 氣體在干燥大氣中使銅、黃銅、銀變色，而在潮濕 ? 的大氣中會加速銅、黃銅、鎳特別是鎂和鐵的腐蝕。 ? 在高濕度條件下，由于水膜凝結(jié)增厚， SO2參與了陰極去極化作用，當(dāng) SO2 體積分?jǐn)?shù)大于 ％時(shí)，此作用明顯增大。 圖8－9 圖8－10，8－11 ? 3 大氣成分的影響 ? （ 1）大氣中有害氣體的影響 ? ① SO2的影響 ? SO2能加速金屬的腐蝕速度。 ? 2 溫度和溫差的影響 ? 溫度影響相對濕度（臨界相對濕度），影響金屬對水分子的凝聚作用。其原因有： ? ① 銹層增厚導(dǎo)致銹層電阻增大和滲氧減弱，使銹層的陰極去極化作用減弱； ? ② 附著性好的銹層內(nèi)層減少活性陽極面積，增強(qiáng)陽極極化，從而減慢大氣腐蝕速度； ?四 影響大氣腐蝕的因素 ? 1 相對濕度的影響 ? 臨界相對濕度： ? 金屬表面開始形成液膜的相對濕度。由于水膜較厚，陽極反應(yīng)容易進(jìn)行，腐蝕過程由陰極過程擴(kuò)展，即氧的擴(kuò)散速度是主要的擴(kuò)展步驟。 ? 2 潮的大氣腐蝕 ? 金屬在 較高但小于 100％的大氣中的一種腐蝕。 ? 大氣腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，具備電化學(xué)腐蝕的三個(gè)條件： ? （ 1）具有電勢不同的陰、陽極； ? （ 2）有濕氣或凝露形成電解質(zhì)溶液； ? （ 3）相互間構(gòu)成電回路； ?一 金屬表面水膜的形成 ? 1 雨、雪、霧、露形成水膜厚度約 1mm； ? 2 飽和凝聚，水膜厚度約 20～ 30μm； ? 3 毛細(xì)管凝聚，水膜厚度一般小于 1μm； ? 4 吸附凝聚，一般的固體物質(zhì)表面能吸附水分 ? 子形成一層薄的水分子層； ? 5 化學(xué)凝聚，當(dāng)金屬表面含有與雨水形成水化 ? 物的鹽類物質(zhì)時(shí)，對水分子的吸附力更強(qiáng)； 圖8－3 ?二 大氣腐蝕的分類（按大氣干濕程度分類） ? 1 干的大氣腐蝕 ? 金屬在干燥大氣中不存在液膜層時(shí)的腐蝕稱為干的大氣腐蝕。 第八章 金屬在自然環(huán)境中的腐蝕 ?第一節(jié) 大氣腐蝕 ?第二節(jié) 土壤腐蝕 ?第三節(jié) 海水腐蝕 ?第四節(jié) 微生物腐蝕 第一節(jié) 大氣腐蝕 ? 金屬在大氣中發(fā)生的腐蝕稱為大氣腐蝕。 圖7－37，7－38 ? 2 空泡腐蝕（氣蝕） ? 流體與金屬材料的相對運(yùn)動，使金屬材料表面局部區(qū)域產(chǎn)生渦流，使氣泡在金屬表面迅速地生成、破滅，造成金屬表面麻孔狀。 ? 裂紋擴(kuò)展速率 與疲勞應(yīng)力強(qiáng)度因子 ? 的關(guān)系如圖 7－ 36 )/lg( dNda )lg( K?第四節(jié) 磨損腐蝕 ?磨損腐蝕： ? 由于腐蝕性流體和金屬表面間的相對運(yùn)動而引起金屬的加速破壞稱為磨損腐蝕。 圖7－35 ，7－36 ? 2 滑移帶優(yōu)先溶解理論 ? 認(rèn)為在循環(huán)應(yīng)力下改變了金屬結(jié)構(gòu)的均勻性，破壞了原有晶體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了電化學(xué)不均勻性。 ?疲勞極限（疲勞強(qiáng)度，機(jī)械疲勞）： ? 金屬在沒有遭到腐蝕的情況下，循環(huán)應(yīng)力達(dá)到某一極限值以上時(shí)發(fā)生破壞，此極化值為疲勞極限（疲勞強(qiáng)度）。但該理論無法解釋恒位移或恒載荷試驗(yàn)中的氫致滯后開裂過程。 ? 當(dāng)應(yīng)力大時(shí)，新的位錯與氫氣團(tuán)在晶界處塞積，使得氫在塞積處聚集，其端部形成裂紋。金屬內(nèi)外的氫與金屬的位錯結(jié)合形成 Cottrell氣團(tuán)。但該理論不能說明氫脆的可逆性、裂紋擴(kuò)展的不連續(xù)性以及其他吸附物質(zhì)的影響。 ? 2 吸附氫降低表面能理論 ? 按照斷裂力學(xué) Criffith公式，材料發(fā)生脆性 ? 斷裂的應(yīng)力 ? ? （ 7－ 7） ? 式中 －表面能； ? E－楊氏模量； ? α－裂紋長度； f?aEf ??? 2??? 對于吸附氫雙原子分子，表面能的變化量 ： ? 式中 飽和狀態(tài)下單位面積上吸附的氫分子數(shù)； ? A 常數(shù)； ? 氫分壓； ? 可見，裂紋尖端有氫吸附時(shí)，單位面積上吸附的氫分子數(shù)增加，則表面能減小，斷裂應(yīng)力減小，因而脆性斷裂在低臨界應(yīng)力下發(fā)生。 ? 該理論對于金屬中含氫量較高，能很好地解釋裂紋源的孕育期、裂紋的不連續(xù)擴(kuò)展和應(yīng)變速率對裂紋的影響。 ?可逆氫脆的特點(diǎn)： （ 1） 滯后破壞，存在滯后破壞應(yīng)力范圍； （ 2） 金屬中氫含量升高，下限臨界應(yīng)力值降低； （ 3） 溫度在－ 30～ 30℃ 范圍內(nèi)最容易發(fā)生氫脆； 圖7－32 ?四 氫損傷機(jī)理 ? 1 氫壓理論 ? 該理論認(rèn)為金屬中一部分過飽和氫在晶界、孔隙或缺陷處析出，結(jié)合成分子氫。 （ 3） 氫化物型氫脆 ? 如純鈦和 α－ Ti合金中氫生成的氫化鈦（ TiH2）引起鐵合金氫脆。 （ 1） 氫腐蝕 ? 高溫高壓條件下，金屬內(nèi)部氫與金屬內(nèi)碳反應(yīng)生成 CH4－脫碳。 ? 氫損傷分為： ? 1 氫腐蝕（ HA） ? 氫與鋼中的碳化學(xué)反應(yīng)生成 CH4，導(dǎo)致材料脫碳及沿 ? 晶開裂，使材料失去力學(xué)性能 ； ? 2 氫鼓泡 (HB) ? 氫在金屬內(nèi)部擴(kuò)散、聚集成高氫區(qū)，鼓泡使金屬內(nèi)部產(chǎn)生裂紋； ? 3 氫化物氫脆 (HE) ? 氫與一些親和力大的金屬元素如 Ti, Nb, Zr 生成金屬 ? 氫化物，導(dǎo)致材料脆性斷裂； ?一 氫損傷的特征 ? 不銹鋼氫損傷與應(yīng)力腐蝕破裂模型。 ? 機(jī)械拋光比化學(xué)拋光、電解拋光的 SCC 敏感性大； ? 砂紙干磨比砂紙濕磨的 SCC 敏感性大； ? 噴砂、錘擊減弱 SCC 敏感性； ?（ 3）合金成分的影響 ? 不銹鋼中合金元素： ? Ni Ni含量 ↑，耐 SCC性能增強(qiáng)； ? C C含量 % 耐 SCC性能增強(qiáng)，但晶間腐 ? 蝕傾向增大； ? Cr Cr含量 5～ 10％，不產(chǎn)生 SCC。在大多數(shù)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的系統(tǒng)中，存在一個(gè)臨界應(yīng)力值。 ? 2 力學(xué)因素 （ 1）應(yīng)力的影響 ? 發(fā)生應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力主要來自材料的加工和使用過程。 ? pH值過低，引起金屬全面腐蝕； ? pH值過高，氫氧化物膜形成，減緩應(yīng)力腐蝕； （ 4）電勢的影響 ? 由于應(yīng)力腐蝕破裂常發(fā)生在三個(gè)過渡電勢區(qū)，由此，可用外加電流進(jìn)行陽極或陰極極化來改變電勢。 ?問題：分析產(chǎn)生 SCC的原因。 ? 問題：（ 1）腐蝕類型 ? （ 2）造成腐蝕的原因 ? 某廠一根 304型不銹鋼管道，輸送138～ 149℃ 的蒸氣，管子外表面發(fā)生 SCC，造成蒸氣外泄。釜外用碳鋼夾套通冷卻水，冷卻水為優(yōu)質(zhì)自來水，含氯化物量很低。蝕孔底部應(yīng)力集中使膜再次 ? 破裂，成為新的活性陽極區(qū)，加速陽極溶解，蝕 ? 孔進(jìn)一步加深； ? （ 6）膜反復(fù)形成、破壞，使裂紋向縱深發(fā)展，形成穿 ? 晶型應(yīng)力發(fā)生破裂； 圖7－5 ?三 應(yīng)力腐蝕破裂的影響因素 ? 以不銹鋼的氯化物應(yīng)力腐蝕破裂為例（不銹鋼氯脆） ?1 腐蝕介質(zhì) （ 1） 氯化物種類的影響 ? 影響程度 Mg2+Fe2+Ca2+Li+Na+。且膜上存在缺陷； ? （ 2）缺陷部位上的電極電勢比其他完整部位低，成為活性 ? 點(diǎn)； ? （ 3）應(yīng)力作用下，活性點(diǎn)處被破壞，成為腐蝕電池的陽極； ? （ 4）陽極面積小，陰極面積大，腐蝕電流加大，活性點(diǎn)處 ? 的金屬溶解； ? （ 5）形成溝狀裂紋，裂紋尖端處應(yīng)力集中，加速陽極溶解， ? 使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，導(dǎo)致金屬破裂。這種裂紋的形成是由于電化學(xué)快速溶解而形成的。 ? （ 2）特定環(huán)境 ?