一、腐蝕的危害性與控制腐蝕的重要意義

腐蝕現象幾乎涉及國民經濟的一切領域。腐蝕不僅造成經濟上的巨大損失，并且往往阻礙新技術、新工藝的開展。因此，研究材料的腐蝕規律，弄清腐蝕發生的原因及采取有效的防止腐蝕的措施。對于延長設備壽命、降低本錢、提高勞動生產率無疑具有十分重要的意義。

二、設計者掌握腐蝕根本知識的必要性

腐蝕控制通常有兩種措施，一是補救性控制，即腐蝕發生后再消除它；二是預防性控制，即事先采取防止腐蝕的措施，防止或延緩腐蝕，盡量減少可能引起的其他有害影響。

三、腐蝕的定義與分類

腐蝕是在金屬材料和環境介質在相界面上反響作用的結果，因而金屬腐蝕可以定義為“金屬與其周圍介質發生化學或電化學作用而產生的破壞〞。

腐蝕有不同的分類方法。按照腐蝕機理可以將金屬腐蝕分為化學腐蝕與電化學腐蝕兩大類。

1)

化學腐蝕是指金屬與非電解質直接發生化學作用而引起的破壞。

2)

電化學腐蝕是金屬與電解質溶液發生電化學作用而引起的破壞。

按照金屬破壞的特征，可分為全面腐蝕和局部腐蝕兩類。

(1)

全面腐蝕是指腐蝕作用發生在整個金屬外表，它可能是均勻的，也可能是不均勻。

(2)

局部腐蝕是指腐蝕集中在金屬的局部區域，而其他局部幾乎沒有腐蝕或腐蝕很輕微。

局部腐蝕有以下幾種：

a．應力腐蝕破裂

在拉應力和腐蝕介質聯合作用下，以顯著的速率發生和擴展的一種開裂破壞。

b．腐蝕疲勞

金屬在腐蝕介質和交變應力或脈動應力作用下產生的腐蝕。

c．磨損腐蝕

金屬在高數流動的或含固體顆粒的腐蝕介質中，以及摩擦副在腐蝕性質中發生的腐蝕損壞。

d．小孔腐蝕

腐蝕破壞主要集中在某些活性點上，蝕孔的直徑等于或小于蝕孔的深度，嚴重時可導致設備穿孔。

e．晶間腐蝕

腐蝕沿晶間進行，使晶粒間失去結合力，金屬機械強度急劇降低。破壞前金屬外觀往往無明顯變化。

f．縫隙腐蝕

發生在鉚接、螺紋接頭、密封墊片等縫隙處的幅度hi。

g．電偶腐蝕

在電解質溶液中，異種金屬接觸時，電位較正的金屬促使電位鉸負的金屬加速腐蝕的類型。

其他如氫脆、選擇性腐蝕、空泡腐蝕、絲狀腐蝕等都屬于局部腐蝕。

第一局部

金屬電化學腐蝕根本理論

一、金屬電化學腐蝕原理

1.金屬的電化學歷程

金屬的腐蝕是金屬與周圍介質作用轉變成金屬化合物的過程，實際上就是金屬和介質之間發生了氧化復原反響。氧化復原反響根據條件不同，將分別按以下兩種不同的歷程進行。

一種歷程是氧化劑直接與金屬外表的原子碰撞，化合而形成腐蝕產物，即氧化復原在反響粒子相碰撞的瞬間直接于相碰撞的反響點上完成。

這種腐蝕歷程所引起的金屬破壞稱為化學腐蝕。

另一種歷程是金屬腐蝕的氧化復原反響有著兩個同時進行卻又相對獨立的過程

雖然也是一個氧化復原反響，即鋅被氧化而氧被復原，但是反響產物Z〔OH〕2不是通過氧分子與鋅原子直接碰撞結合形成的，而是通過了以下步驟：

〔1〕

Zn→Zn2++2e

〔2〕

1/2O2+H2O+2e→2OH-

(3)

Zn2++2OH→Zn〔OH〕2

(1)+(2)+(3):

Zn+1/2O2----Zn(OH)2

其中反響〔1〕和反響〔2〕是同時但又相對獨立地進行，即反響〔1〕中的鋅原子并沒有同反響〔2〕中的氧分子直接碰撞。鋅原子被氧化成鋅離子而進入溶液，它釋放出的電子從發生反響〔1〕的外表部位通過金屬鋅本身傳遞到發生反響〔2〕的外表部位，再同氧分子結合而使氧復原。直接生成的腐蝕產物從金屬外表進入溶液的Zn2+和OH-稱為一次產物。這兩種離子在水溶液中擴散相遇，進而按反響〔3〕生成白色腐蝕產物Zn〔OH〕2,通常稱后者為二次產物。

化學腐蝕與電化學腐蝕是兩種不同類型的腐蝕，他們的區別歸納在表1-1中。

2.金屬與溶液的界面特性——雙電層

金屬浸入電解質溶液內，其外表的原子與溶液中的極性水分子、電解質離子相互作用，使界面的金屬和溶液側分別形成帶有異性電荷的雙電層。雙電層的模式隨金屬、電解質溶液的性質而異，一般有以下三種類型。

①

金屬離子和極性水分子之間的水化力大于金屬離子與電子之間的結合力

②

金屬離子和極性水分子之間的水化力小于金屬離子與電子的結合力

③

金屬離子不能進入溶液，溶液中的金屬離子也不能沉積到金屬外表。

上述各類雙電層都具有以下特點：

i．雙電層兩層“極板〞分別處于不同的兩相——金屬相〔電子導體相〕和電解質溶

液〔離子導體相〕中；

i

i.雙電層的內層有過剩的電子或陽離子，當系統形成回路時，電子即可沿導線流入或

流出電極；

Iii．雙電層猶如平板電容器，由于兩側之間的距離非常小〔一般約為5×10-8cm〕，這

個“電容器〞中的電場強度高，據估計其電場強度達107—109

V/cm。

3.電極電位

習慣上通常把由電極反響使電極和溶液界面上建立起的雙電層電位躍稱為電極電位〔也稱為電極電勢，electrode

potential．簡稱電位〕，是一個矢量，其數值由電極本身、電解

液濃度、溫度等因素決定，包括平衡電極電位和非平衡電極電位。

4.平衡電極電位

(1)、當電極反響正逆過程的電荷運送速度和物質遷移速度相等時，反響到達動態平衡狀態。

當電極反響正逆過程的電荷和物質都處于平衡狀態時的電極電位稱為平衡電極電位或可逆電位，用E0表示。

對于金屬作復原態的電極反響，如果金屬浸入含有同種金屬離子的溶液中，那

么參與物質遷移的是同一種金屬離子。當金屬失去電子成為陽離子進入溶液與溶液中的金屬

離子沉積到金屬外表的速度相等時，反響到達動態平衡，也就是正逆過程昀物質遷移和電荷

運送速度都相同，即

Mn+.ne+Mh2OMn+.H2O+ne

將各種金屬的標準電極電位按大小從低到高依次排列成表，得到金屬的電動序。金屬的電動序說明了金屬以離子狀態進入溶液的傾向大小，值越小，金屬越容易失去電子，以離子狀態進入溶液的趨勢越大。以規定為零的標準氫電極電位為分界線，電位比氫的標準電極電位負〔低〕的金屬稱為負電性金屬，電位比氫的標準電極電位正〔高〕的金屬稱為正電性金屬。

〔2〕、非平衡電極電位：

金屬接觸溶液，大多是不含有金屬本身離子的溶液，金屬外表進行的是兩對或兩對以上的電極過程，且過程中物質并不平衡——不可逆電極，這種狀態的電極電位稱為非平衡電極電位。它與金屬本性、電解液的組成、溫度等因素有關，不能用Nernst方程計算，只能實測。如鐵或鋅在稀鹽酸中。

5、金屬電化學腐蝕的趨勢判斷：

熱力學第二定律：ΔG=-nFE＜0,反響自發進行，E=Ek－Em＞0,即金屬電極電位小于〔負于〕介質中陰極元素的電極電位時，腐蝕可以自動發生。

①在有氧的介質中，當金屬的電極電位Ee,m比介質中氧的電極電位Ee,o更負時，金屬發生腐蝕；

②在無氧的復原性酸中，當Ee,m＜Ee,H時，金屬發生腐蝕；

③當兩種不同金屬偶接在一起時，電位較負的金屬可能發生腐蝕，電位較正的那么可能不腐蝕。

6、腐蝕電池

1.宏觀腐蝕電池

一般形成宏觀腐蝕電池有三種情況：金屬偶接、濃差電池及溫差電池

2.微電池

工業用金屬及合金外表因化學不均一性而存在大量微小的陰極和陽極，它們在適宜的條件下會構成微電池腐蝕系統。它們的分布以及陰陽極面積比都無一定規律，預防與控制比擬困難。構成金屬外表電化學不均一性的主要原因為：

（1）

化學成分不均一

〔2〕組織結構不均一

〔3〕物理狀態不均一

〔4〕外表膜不完整

二、腐蝕速度

電極電位決定電化學腐蝕的傾向性，不表示腐蝕速度，金屬電極電位越負，電化學腐蝕的傾向性越大，但是并不說明它的腐蝕速度就越快。比方鋁與鐵。

腐蝕速度快慢是電化學反響動力學的研究范疇，它與電極本身的性質、介質種類、濃度、溫度、介質狀態〔有無攪拌、流動等〕等許多因素相關。

1、腐蝕速度的計算：

電化學腐蝕過程嚴格遵守電當量守恒定律，即陽極失去電子數與陰極奪得電子數相等。據法拉第定律，電極上溶解或析出1mol的物質所需要的電量為96500庫倫，因此，腐蝕電流或腐蝕電流密度即能計算出所溶解或析出物質的數量。

2、腐蝕速度的表示法：

1..質量法〔重量法〕：以腐蝕前后金屬質量的變化來表示K失重=〔Wo－W1〕/ST

Wo---初始重量，W1----腐蝕后質量，S—外表積〔平方米〕，T---時間〔小時〕

2..深度法：以腐蝕后金屬厚度的減少來表示

D=24x365K/1000γ=8.76K/γ(mm/a)毫米每年

D—腐蝕深度，γ---金屬的密度，g/cm33、金屬腐蝕速度的影響因素：

1.金屬本身：電極電位、超電壓、鈍性、組成、組織結構、外表狀態、腐蝕產物性質等

2.熱處理工藝：影響合金的盈利狀態和晶相結構等；

3.介質環境：組成、濃度、PH值、溫度、壓力、流速等；

4.其他環境：電偶效應、微量氯離子、微量氧、微量高價離子、析出氫等。

4、耐蝕性的評定：

對受均勻腐蝕的金屬，常以年腐蝕深度來評定耐蝕性的等級。對于一些要求嚴格的場合往往用十級評定標準，一般工程應用可用三級或四級就足夠了。

三級：

一級

耐蝕

年腐蝕深度＜0.1mm/a

二級

可用

0.1~1.0

三級

不可用

＞1.0

三、極化現象與超電壓

1、極化現象

電池工作過程中，由于電流流動而引起的電極電位偏離初始值的現象。

陽極電位向正方向偏離稱為陽極極化；陰極電位向負方向偏離稱為陰極極化。

2、極化的三種形式：

產生極化現象的根本原因是陽極或陰極的電極反響與電子遷移速度存在差異引起的。

1〕.電化學極化：電極反響速度<電子遷移速度；

2〕.濃差極化：去極劑或反響產物在溶液中的擴散速度<電極反響速度；

3.〕膜阻極化：金屬外表形成的保護性薄膜阻滯了陽極反響，使陽極電位急劇正移；同時由保護膜的存在，系統電阻大大增加。極化的實質是一種阻力，增大極化，有利于降低腐蝕電流和腐蝕速度，對防腐有利。

3、超電壓

腐蝕電池工作時，由于極化作用使陰極電極電位降低或陽極電極電位升高，其偏離平衡電極電位的差值即稱為超電壓或過電壓。

超電壓越大，極化程度越大，電極反響越難進行，腐蝕速率越小，反之亦然。對應極化的三種形式，超電壓也有三種：

1.活化超電壓

2.擴散超電壓

3.膜阻超電壓

1、去極化作用

但凡能減弱或消除極化過程的作用稱為去極化作用。增加去極劑的濃度、升溫、攪拌、擴大極板面積等都可能產生去極化的效果。顯然，從控制腐蝕的角度，總是希望如何曾極化作用以降低腐蝕速度。

四、析氫腐蝕與耗氧腐蝕

1、析氫腐蝕

介質中的氫離子作為去極劑在陰極上放電成氫原子，進一步結合生成氫分子，并在陰極上析出，從而使陽極金屬不斷溶解的腐蝕。

1〕析氫腐蝕的條件

陽極金屬電極電位必須低于析氫電極電位，即Em＜EH；在標準狀態下，應低于氫的標準電極電位，因此，一般情況下，碳鋼、鑄鐵、鋅、鋁、鈦、錳、鉻、鎳等金屬及合金，在酸性介質中都能發生析氫腐蝕，而且，PH越小，酸性越強，發生析氫腐蝕的傾向性越大。一些電極電位負的金屬在堿性溶液或水中也能發生析氫腐蝕，比方鋁、鎂等。

2〕析氫腐蝕的歷程：

陽極：M－2e→M2+

陰極：2H++2e→H2↑

3〕.析氫腐蝕的特點：

陰極材料的性質對腐蝕速度影響很大；溶液的流動狀態對腐蝕速度影響不大；陰極面積增加，腐蝕速度加快；氫離子濃度增高、溫度升高均會促使析氫腐蝕加劇

2、耗氧腐蝕

溶液中的氧分子在腐蝕電極的陰極上進行離子化反響而不斷被消耗，并促使陽極金屬不斷溶解腐蝕------也叫吸氧腐蝕。

1〕.發生耗氧腐蝕的條件：陽極金屬的電極電位小于氧的電極電位，即Em＜Eo2,由于氧的電極電位遠大于氫的電極電位，因此耗氧腐蝕比析氫腐蝕更易發生，絕大多數金屬，在中性、堿性及較稀的溶液中，在大氣、土壤、水中幾乎都發生耗氧腐蝕。

2.〕歷程：

陽極：M－2e→M2+

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-

3.〕特點：〔1〕腐蝕過程的控制步驟隨金屬在溶液中的腐蝕電位而異〔2〕在氧的擴散控制情況下，腐蝕速度與金屬本性關系不大〔3〕溶液的含氧量對腐蝕速度影響很大〔4〕陰極面積對腐蝕速度的影響視腐蝕電池類型而異〔5〕溶液的流動狀態對腐蝕速度影響大

五、金屬的鈍性

1、鈍化現象

金屬從活性溶解狀態向耐蝕狀態的轉化叫金屬的鈍化。鈍化后的狀態叫鈍態。

金屬鈍化現象的特征：〔1〕金屬鈍化的難易程度與鈍化劑、金屬本性和溫度等有關，〔2〕金屬鈍化后電位往正方向急劇上升，〔3〕金屬鈍態與活態之間的轉換往往具有一定程度的不可逆性，〔4〕在一定條件下，利用外加陽極電流或局部陽極電流也可使金屬從活態轉變為鈍態。

鈍化途徑：化學鈍化和陽極鈍化

2、鈍化理論

成相膜理論與吸附理論三、金屬鈍性的應用

1.陽極保護；

2.化學鈍化提高金屬耐蝕性

；3.添加易鈍化合金元素，提高合金耐蝕性

4.添加活性陰極元素提高可鈍化金屬或合金的耐蝕性

第二局部

影響局部腐蝕的結構因素

一、力學因素

概況：機械設備結構上存在或外加不同性質的應力，如：拉、交變、剪應力在與腐蝕介質共同作用下，將分別產生應力腐蝕、腐蝕疲勞、磨損腐蝕，它們的腐蝕特征和機理各不相同。

SCC

(Stress

Corrosion

Cracking)：金屬結構在拉應力和特定腐蝕環境共同作用下引起的破裂，簡稱應力腐蝕。

1、應力腐蝕產生的條件

三個根本條件：敏感材料、特定環境和拉應力，是應力與腐蝕介質綜合作用的結果，三者缺一不可。

其中應力的性質必須是拉應力，而壓應力的存在不僅不會引起SCC，甚至可以使之延緩，但是現在有研究說明在某些情況下壓應力也可能產生SCC，但與拉應力相比危險性小的多。

拉應力的來源除了載荷造成的工作應力外，更多的來自制造加工過程，如：剪、沖、切削等冷加工，鍛造、焊接、熱處理及裝配過程等都會產生剩余應力。據報道剩余應力造成的SCC事故遠高于工作應力所占的比例，其中尤以焊接應力為最。

1〕、材料：材料本身對SCC的敏感性，需要綜合考慮環境，尤其介質。一般認為純金屬不會發生應力腐蝕，含雜質的金屬或合金才能發生SCC。

2〕、應力：一般有效應力〔指工作應力與剩余應力之和〕如果低于某一應力水平就不會發生SCC，從應力與破裂時間關系的曲線上可以看出，應力值越大，到達破裂的時間越短。

3〕、環境：包括腐蝕介質性質、濃度、溫度等，對于某種材料其對應的環境條件是特定的，也就是說只有在一定的材料和一定環境的組合情況下才能發生這類腐蝕破壞。

這種特定組合比擬多，典型的有“黃銅—氨溶液〞、“奧氏體不銹鋼－Cl-溶液〞、“碳鋼－OH-

溶液〞、低合金高強鋼〔甚至在蒸餾水中就發生破裂〕等。表2-1列出了一些工程上常用材料可能產生SCC的環境介質。

2、應力腐蝕的特征

SCC是敏感材料、特定環境和拉應力的綜合，三者缺一不可；SCC是一種典型的滯后破壞，一般經歷孕育期、裂紋擴展期和快速斷裂期三個階段；SCC的裂紋形態有晶間型、穿晶型和混合型三種類型，與金屬－環境體系密切相關。

3、應力腐蝕破裂判據

應力腐蝕破裂歷程：金屬在無裂紋、無蝕坑或缺陷的情況下，SCC過程可分為三個階段。

第一階段為腐蝕引起裂紋或蝕坑的階段，也是導致應力集中的裂紋源生核孕育階段，常把相應的這一階段時間稱為潛伏期或誘導期或孕育期。接著為裂紋擴展階段，即由裂紋源或蝕坑開展到單位面積所能承受最大載荷的所謂極限應力值時的階段。最后是失穩純力學的裂紋擴展階段，即為破裂期。

第一階段受應力影響很小，時間長，約占破裂總時間的90％，后兩階段僅占總破裂時間的10％。

如果構件在一開始使用時就存在微裂紋或蝕坑等缺陷，那么SCC破裂過程只有裂紋擴展和失穩快速斷裂兩個階段；SCC可能發生在很短時間內，也可能發生在幾年后。

應力腐蝕破裂速度：SCC斷裂速度約為0.01

~

mm/h，遠遠大于無應力存在下的局部腐蝕速度〔如孔蝕等〕，但又比單純力學斷裂速度小得多。例如，鋼在海水中的SCC斷裂速度為孔蝕的106倍，而比純力學斷裂速度幾乎低10個數量級，這主要是純力學斷裂通常對應的應力水平要高很多。

應力腐蝕破裂裂紋形貌：應力腐蝕裂紋形態有晶間型、穿晶型和混合型三種。混合型是以一種形態為主，支縫中出現另一種形態。

不同的金屬一環境體系，將出現不同的裂紋形態，SCC裂紋起源于外表，裂紋的長寬不成比例，可相差幾個數量級，裂紋擴展方向多垂直于主拉伸應力方向，裂紋一般呈樹狀。不同的材料有不同的破裂方式：碳鋼、高強鋼、鋁合金、銅合合多半是沿晶間斷裂，奧氏體不銹鋼、鎂合金大多是穿晶型，鈦合金為為混合型。裂紋斷口的形貌，宏觀上屬于脆性斷裂，即使塑性很高的材料也是如此。但從微觀上觀察，在斷裂面有塑性流變痕跡。斷面有裂紋分叉現象，斷面形貌呈海灘條紋、羽毛狀、撕裂嶺、扇子形和冰糖塊等征狀。

4、應力腐蝕機理

1〕.電化學陽極溶解理論

認為合金中存在一條陽極溶解的“活性途徑〞，腐蝕沿這些途徑優先進行，陽極侵蝕處就形成狹小的裂紋或蝕坑。小陽極的裂紋內部與大陰極的金屬外表構成腐蝕電池，由于活性陰離于〔如Cl-〕進入形成閉塞電池的裂紋或蝕坑內部，使濃縮的電解質溶液水解而被酸化，促使裂紋尖端的陽極快速溶解，在應力作用下使裂紋不斷擴展，直至破裂。

所謂“活性途徑〞通常多半是晶粒邊界、塑料變形引起的滑移帶以及金屬間化合物、沉淀相，或者由于應變引起外表膜的局部破裂。當有較大應力集中時，會使這些活性途徑處進一步產生變形，形成新的活性陽極

裂紋中的閉塞電池，由于尺寸很小，內部的溶液不易與外部發生對流交換，溶液將不斷濃縮。同時隨著腐蝕過程的進行，產生金屬離子富集，為保持溶液的電中性，必然出現裂紋內部的金屬離子與外部的活性陰離子相向擴散遷移，在裂紋內部形成的二次腐蝕產物〔如氯化物〕并進一步水解而使溶液酸化。

閉塞電池原理，酸自催化。

2〕.電化學陽極溶解理論的應用

SCC端口呈現脆性斷裂特征的解釋：可能是裂紋內溶液被酸化后形成的H+

由于腐蝕的陰極反響產生氫原子并擴散到裂紋尖端金屬內部，使這一區域變脆，在拉應力作用下發生脆斷—氫脆。

陰極保護技術：電化學陽極溶解理論已被合金的陰極極化所證實，因為采用陰極保護可以抑制合金裂紋的產生和開展，如果取消陰極保護，裂紋又會繼續擴展。

5、防止或減少SCC的措施

影響SCC的因素：材料、應力和環境三個方面。比擬有效而廣泛應用的方法是消除或降低應力值。

(1)

降低設計應力，使最大有效應力或應力強度降低到臨界值以下。實際上所有工程材料都不是完美無缺的，必然存在各種缺陷，往往發生低應力下意外的脆性斷裂

對于存在裂縫的材料在低應力下破壞的現象，用定量方法解析裂紋尖端的應力場，計算材料的破壞應力，用工程方法評價構件的平安性等，都屬于斷裂力學范疇。

根據斷裂力學觀點，在空氣環境條件下，如果滿足條件K1

(2)

合理設計與加工減少局部應力集中。結構設計時應盡可能想法降低最大有效應力。例如，選用大的曲率半徑，采用流線型設計，使結構的應力分布趨向均勻，防止過高的峰值。關鍵部位可適當增厚或改變結構型式，焊接結構最好采用對接以減小剩余應力集中等。

〔3〕采用合理的熱處理方法消除剩余應力，或改善合金的組織結構以降低對SCC的敏感性。

采用退火處理消除內應力：鋼鐵在500

~

600

oC處理0.5

~

h，然后緩慢冷卻；奧氏體不銹鋼可以加熱到900

oC左右再緩冷。但高溫處理有可能引起金屬外表氧化，形狀復雜的結構還會產生變形，為此可采用降低溫度、延長時間的熱處理工藝。

通過時效處理：對于高強度鋁合金，可以改善合金的微觀結構，防止晶間偏析物的形成，能提高抗SCC的敏感性。

(4)

其它方法：合理選材。例如，接觸海水的換熱器，用普通碳鋼比用不銹鋼更耐蝕；采用含高鎳量的奧氏體或含1％～2％Ti的低碳鋼，可提高抗SCC的性能。

〔5〕材料處理：如果條件允許的場合，亦可采用去除介質中有害成分，添加緩蝕劑：添加緩蝕劑的方法防止SCC。

采用陰極保護：基于陽極溶解理論，也可減緩或阻止SCC。

6、腐蝕疲勞

由于腐蝕介質和變動負荷聯合作用而引起金屬的斷裂破壞。

疲勞斷裂：金屬構件在變動負荷作用下，經過一定周期后所發生的斷裂。

實例：軸承、滑輪、往復泵的缸體的活塞運動，刮刀離心機的轉軸在過濾與卸料階段，間隙性輸送熱流體的管道、傳熱設備、反響釜也有可能內于溫度應力的周期性變化等

腐蝕疲勞特點：

變動負荷：負荷的大小、方向或大小和力向都隨時間發生周期性變化〔或無規那么變化〕的一類負荷。

純力學性質的疲勞，應力值低于屈服點經過很多周期后才發生破壞。如果工作應力不超過臨界循環應力值〔疲勞極限〕就不會發生疲勞破壞；腐蝕疲勞不存在疲勞極限，往往在很低的應力條件下亦會產生斷裂。沒有特定的腐蝕介質限定，腐蝕環境廣。

判據：

裂紋形貌〔撕裂特征〕：多為穿晶型，裂紋分支較少，它所產生的裂紋數量往往比純力學疲勞的多得多，斷面大局部被腐蝕產物所覆蓋，小局部呈粗糙的碎裂狀

影響因素：

腐蝕疲勞與介質的pH值、含氧量、溫度以及變動負荷的性質、交變應力的幅度和頻率都有關系。一般隨pH值減小、含氧量增高、溫度上升，腐蝕疲勞壽命就越低。

變動負荷以對稱的拉壓交變應力的影響最大，大幅度、低頻率的交變應力更容易加快腐蝕疲勞。

防護措施：

提高金屬或合金的抗拉強度對改善純力學疲勞是有利的，但對腐蝕疲勞卻反而有害。

最為有效的方法是降低部件的應力，這可以通過改變設計和正確的熱處理予以改善。

鍍鋅、鎘等；

加緩蝕劑；外表氮化和噴丸處理；陰極保護

7、磨損腐蝕

磨損腐蝕：腐蝕性流體與金屬構件以較高速度作相對運動而引起金屬的腐蝕損壞。

類型：磨損腐蝕有湍流腐蝕、空泡腐蝕、微振腐蝕等幾種形式，化工生產裝置中最常見的是前兩種。

實例：離心泵葉輪、填料密封轉軸、機械密封摩擦副、攪拌器、離心機刮刀或推盤、換熱器入口管以及閥門、彎頭等

8、湍流腐蝕

定義：流體速度到達湍流狀態而導致加速金屬腐蝕的一種腐蝕形式。

特征：湍流腐蝕過程由于高速流體擊穿了緊貼金屬外表幾乎靜態的邊界液膜，加速了去極劑的供給和陰、陽極腐蝕產物的遷移，使陰、陽極的極化作用減小；高速湍流對金屬外表產生了附加剪切力，剪應力有可能不斷的剝離金屬外表的腐蝕產物〔包括保護膜〕，如果流體中含有固體顆粒，還會增強剪應力的作用，使金屬的磨損腐蝕更嚴重；這種磨蝕與噴砂處理那樣的純機械力破壞是不同的，因為磨損腐蝕過程金屬仍以金屬離子形式溶入溶液，而不是以粉末形式脫落。

判據〔形貌〕：遭受湍流腐蝕的金屬外表常呈現深谷或馬蹄形凹槽，蝕谷光滑沒有腐蝕產物積存，根據蝕坑的形態很容易判斷流體的流動方向

9、空泡腐蝕

空泡腐蝕：又稱穴蝕或汽蝕，是由于腐蝕介質與金屬構件作高速相對運動時，氣泡在金屬外表反復形成和崩潰而引起金屬破壞的一種特殊腐蝕形態。

特征：

在高速流有壓力突變的區域最容易發生空蝕；當流速足夠高時，液體的靜壓力將低于液體的蒸氣壓，使液體蒸發形成氣泡，金屬外表上所含的微量氣體和液體中溶解的氣體將提供足夠的氣泡核；低壓區產生的氣泡又迅速受到高壓區壓過來的流體的壓縮而崩潰，氣泡在崩潰時產生的沖擊波將對金屬外表起強烈的錘擊作用，這種錘擊作用的壓力可高達140

MPa左右，它不僅能破壞外表膜，甚至可使膜下金屬的晶粒產生龜裂和剝落。

空泡腐蝕的歷程

〔1〕保護膜上形成氣泡；(2)

氣泡破滅，保護膜被破壞，(3)

暴露的新鮮金屬外表遭受腐蝕，由于再鈍化，膜被修補；(4)

在同一位置形成新氣泡；(5)氣泡又破滅，外表膜再次破損，(6)

暴露的金屬進一步腐蝕，重新鈍化形成新膜。

二、外表狀態與幾何因素

不適合的外表狀態和幾何構形還會引起孔蝕、縫隙腐蝕以及濃差電池腐蝕等等。

1、孔蝕

又叫坑蝕，俗稱點蝕、小孔腐蝕，它只發生在金屬外表的局部地區。粗糙外表往往不容易形成連續而完整的保護膜，在膜缺陷處，容易產生孔蝕；一旦形成了蝕孔，如果存在力學因素的作用，就會誘發應力腐蝕或疲勞腐蝕裂紋。孔蝕時，雖然金屬失重不大，但由于腐蝕集中在某些點、坑上，陽極面積很小，因而有很高的腐蝕速度；加之檢查蝕孔比擬困難，因為多數蝕孔很小，通常又被腐蝕產物所遮蓋，直至設備腐蝕穿孔后才被發現，所以孔蝕是隱患性很大的腐蝕形態之一。

易鈍化的金屬在含有活性陰離子(最常見的是Cl-)的介質中，最容易發生孔蝕。孔蝕的過程大體上有蝕孔的形成與成長兩個階段。

孔蝕的防止方法：

1、主要從材料上考慮如何降低有害雜質的含量和參加適量的能提高抗孔蝕能力的合金元素；

2、改善熱處理制度，或者設法降低介質中尤其是鹵素離子的濃度；

3、結構設計時注意消除死區，防止溶液中有害物質的濃縮。此外，也可以采用陰極保護。

2、縫隙腐蝕

當金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在很小的縫隙(一般為0.025～0.1mm)時，縫內介質不易流動而形成滯留狀態，促使縫隙內的金屬加速腐蝕，這種腐蝕稱為縫隙腐蝕。

許多工程結構都普遍存在這類間隙，有些縫隙是設計不合理造成的，而有些從設計上是很難防止的。以往一直認為縫隙腐蝕是由于縫隙內與縫隙外存在金屬離子或氧的濃度差所引起的，因此就用濃差腐蝕的概念來解釋這類腐蝕形態。近期的研究說明，金屬離子或氧的濃差只是縫隙腐蝕的起因，它進一步的開展，與孔蝕一樣屬于閉塞電池的自催化腐蝕過程。

縫隙腐蝕的防止：

縫隙腐蝕的防止，主要是在結構設計上如何防止形成縫隙和能造成外表沉積的幾何構形。

1、為了防止濃差腐蝕，或防止溶液濃縮引起的腐蝕，結構設計時盡量防止積液和死區。

2、假設在結構設計上不可能采用無縫隙方案，也應使結構能夠妥善排流，以利于沉積物及時去除。亦可采用固體填充料將縫隙填實。

3、設計選材時，采用某些耐縫隙腐蝕的材料，可以延長設備壽命。

三、異種金屬組合因素

1、電偶腐蝕

異種金屬彼此接觸或通過其他導體連通，處于同一個介質中，會造成接觸部位的局部腐蝕。其中電位較低的金屬，溶解速度增大，電位較高的金屬，溶解速度反而減小，這種腐蝕稱為電偶腐蝕，或稱接觸腐蝕、雙金屬腐蝕。

防止電偶腐蝕的途徑：

影響電偶腐蝕的因素很多，因此防止電偶腐蝕的方法必然也有多種途徑，但最有效的還是從設計上解決。

1、選擇相容性材料

產生電偶腐蝕時動力來自接觸的兩種不同金屬的電位差。開始人們試圖利用電動序來判斷電偶腐蝕的傾向，但是，實際應用的大局部金屬材料是合金，并且所處的介質大多不含有金屬本身的離子，因而實際電位不僅數值上不同于標準電位，甚至序列也可能發生倒置。所以為了確切判斷選擇的材料是否會產生電偶腐蝕，最好實際測量某些金屬在給定介質條件下的穩定電位(自腐蝕電位)和進行必要的電偶試驗。

2、合理的結構設計

(1)盡量防止小陽極大陰極的結構。相反，陽極面積大陰極面積小的結構，往往電偶腐蝕并不顯著。

(2)將不同金屬的部件彼此絕緣。

(3)插入第三種金屬。當絕緣結構設計有困難時，可以在其間插入能降低兩種金屬間電位差的另一種金屬或者采用鍍層過渡。

〔4〕將陽極性部件設計成為易于更換的，或適當增厚以延長壽命。

3、電偶效應的正確利用—犧牲陽極保護

犧牲陽極保護

根據電偶腐蝕原理，偶合的陽極被腐蝕，陰極受到保護。因此有時人為地在設備上附加一種負電性較強的金屬構件，依靠它的溶解產生電流，使主體設備得到保護，這就是所謂的“犧牲陽極保護〞。

作為犧牲陽極的材料，不僅要求具有足夠負的腐蝕電位，并且希望陽極極化性能越小越好。為了使陽極溶解產生的電流主要用來供給被保護設備，因此犧牲陽極本身微電池作用所消耗的電流應盡可能地小。工業上最常用的犧牲陽極材料有鋅及鋅合金、鋁合金、鎂合金等。

四、焊接因素

化工設備幾乎都是焊接結構，由于焊接工藝不當或材料選擇的問題，常常產生各種不同的焊接缺陷而導致設備的腐蝕，其腐蝕類型隨焊接缺陷的形式而異。

1焊接缺陷與腐蝕

焊接外表缺陷

焊瘤----

是熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化部位堆積而成，它與母材沒有熔合。

咬邊-----

是在工件上沿焊縫邊緣所形成的溝槽或凹陷，常常因為是電流過大、電弧拉得太長或焊條角度不當，使工件被熔化了一定深度后，填充金屬卻未能及時流過去補充所致，一般亦是角焊、立、橫和仰焊時易產生咬邊。

飛濺-----飛濺是熔敷金屬的小粒子飛散而附著在母材外表的缺陷，當電流過大、焊皮中有水分、電弧太長、粉性熔渣或焊條角度不當時都可能出現這種缺陷。

電弧熔坑

2〕異種金屬焊接

化工設備采用異種金屬焊接，這種情況下。由于熔融金屬與母材的組成成分都不相同，在腐蝕環境中常常由于存在電位差而構成電偶腐蝕。尤其當焊縫金屬電位遠低于母體金屬時，成為大陰極小陽極，焊縫金屬將被迅速腐蝕。因此工程上常選用比母材電位更高的金屬作焊條，這樣在大陽極小陰極情況下，焊縫不被腐蝕，而母材腐蝕輕微。不過當溶液導電性比擬低時，腐蝕將集中在焊縫周圍的局部地區而出現較嚴重的局部腐蝕。

3〕焊接剩余應力

焊接應力是焊接過程中焊件體積變化受阻而產生的，當已凝固的焊縫金屬在冷卻的時候，由于垂直焊縫方向上各處溫度差異很大，結果高溫區金屬的收縮會受到低溫區金屬的限制，而使這兩局部金屬中都引起內應力。高溫區金屬內部產生剩余拉應力，低溫區金屬內部產生剩余壓應力。

4〕焊接熱影響區

焊接過程在焊縫兩側距焊縫遠近不同的各點，所經歷的焊接熱循環是不同的，距焊縫越近的點，其加熱溫度越高，越遠那么越低。也就是說焊接熱影區的各點實際相當于經受一次不同標準的熱處理，因此必然有相應的組織變化，如出現晶粒長大、相變重結晶等。

不過對于低碳鋼來說，這種組織變化主要影響機械性能，而對耐蝕性的影響不大，因為它們的晶間、相間與晶粒本體的活性差異較小，一般在使用中仍發生均勻腐蝕。但當金屬含有大量合金元素時，其組織變化就復雜得多。

此外，通過焊接材料向焊縫摻入鐵素體形成元素(鈦、鋁、硅等)，使焊縫呈奧氏體—鐵素體雙相組織，也能提高抗晶間腐蝕能力。因為鉻在鐵素體內濃度大，擴散速度也大，這樣當奧氏體晶界形成碳化鉻后，鐵素體內的鉻就能迅速擴散到晶界，以彌補鉻的損失，防止了貧鉻區的出現。同時鐵素體在奧氏體內能打破貧鉻區的連續性，可減輕晶間腐蝕的危害。鐵素體相一般控制在5%以下。

第三局部

金屬在某些環境中的是腐蝕

一、高溫腐蝕

在石化、冶金、日化許多生產中，以及材料在制造加工過程中〔鍛造、熱處理等〕，常常使材料處于高溫氣體環境，由于高溫一般都會對金屬產生氧化腐蝕，因此應對其機理、規律有所了解，并掌握其控制與防護。

1、金屬的高溫氧化

1〕.金屬高溫氧化的可能性

M+1/2O2?MO

其中O也可能是S、鹵素或其他氣體等。

在這一化學反響平衡方程中，在一定溫度下，如氧的分壓與氧化物的分解壓力相等，那么反響處于平衡狀態。如氧的分壓大于金屬氧化物的分壓，反響向生產氧化物方向進行，反之亦然。金屬氧化物的分解壓力

2.〕金屬的高溫氧化過程

〔1〕第一步：化學反響生成氧化膜；

〔2〕第二部：電化學過程——膜成長

金屬氧化膜是既能電子導電又能離子導電的半導體，氧化的速度〔腐蝕速度〕取決于氧化膜的物質遷移速率——離子導電性、電子導電性——它是金屬氧化物的屬性與晶格內部缺陷的反響。

3.〕膜的保護性

膜的保護性主要取決于氧化膜的完整性、致密性、熱穩定性，也和膜的結構及厚度、膜與金屬的相對熱膨脹系數以及膜中的應力狀態有關。膜具有保護性必須滿足以下條件：

〔1〕膜必須是完整的；體積比r

〔2〕膜具有足夠的強度與塑性，并且與基體金屬結合力強、膨脹系數相近；

〔3〕膜內晶格缺陷濃度低；

〔4〕氧化膜在高溫介質中是穩定的，表現為高的熔點和高的生成熱。

2、金屬氧化的動力學規律

金屬高溫腐蝕的速度可用氧化膜的厚度與時間的關系來表達。

1〕.直線規律：生成的氧化膜無任何保護作用，不能阻止腐蝕的進行。

2〕拋物線規律：連續膜生成后具有保護作用，腐蝕速度減緩。

3〕.對數規律：當形成很薄的膜時，就能強烈地阻滯金屬的繼續氧化，隨著膜的增厚，膜的成長所受的阻滯作用比拋物線關系中的阻滯作用還要大得多。

4〕反對數規律：金屬的氧化速度與膜厚的指數函數成反比。其氧化速度比按對數規律還要慢。

5〕.立方規律：氧化速度介于拋物線規律與對數規律之間。

總之，直線型最快，拋物線次之，而按對數規律的金屬只要形成一定厚度的膜其氧化速度就能明顯降低。高溫氣體中金屬材料腐蝕的防護與控制主要是高溫合金。

3、高溫合金的抗氧化性

金屬的高溫腐蝕，其控制與防護的措施就是高溫合金。

1〕.合金化原理

利用合金化提高金屬的抗氧化性的途徑：

〔1〕減少氧化膜的晶格缺陷濃度；

〔2〕依靠選擇性氧化生成保護膜；

〔3〕生成復合氧化物之類的穩定的新相。

2〕合金的抗氧化性

所謂抗氧化性并不是指在高溫下完全不被氧化，而通常是指在高溫下迅速氧化，但在氧化后能形成一層連續而致密的、并能牢固地附著金屬外表的薄膜，從而使金屬具有不再繼續被氧化或氧化性很小的特性。

4、耐熱金屬結構材料簡介

耐熱鋼是指在工作溫度高于450℃時，具有一定強度和抗氧化能力的鋼種，是抗氧化鋼和熱強鋼的通稱。

1.抗氧化鋼：合金元素鉻、鋁、硅對鋼鐵的高溫氧化性有很好的改善能力，特別是鋁硅比鉻效果更好。

2.熱強鋼：鋼中添加鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鈮能有效的提高鋼的熱強性指標和抗氧化性。

3.耐熱新鋼種：10MoWVNb鋼、10Cr2MoWVTiB、10Cr3MoVSiTiB鋼等。

二、金屬在大氣中的腐蝕

1、大氣腐蝕的分類：

1〕.干的大氣腐蝕：大氣中根本不含水，金屬外表無水膜，金屬外表保持光亮，腐蝕很輕微，主要是化學作用。

2〕.潮的大氣腐蝕：大氣中有水汽，金屬外表有看不見的薄層水膜，陰極耗氧腐蝕，液層很薄氧的擴散容易，陽極鈍化及金屬離子化困難，腐蝕受陽極控制。

3〕.濕的大氣腐蝕：濕度很高，金屬外表可凝聚成液滴并形成肉眼可見的液膜，液膜厚度增加，氧的擴散困難，腐蝕受陰極控制。

2、大氣的成分對腐蝕的影響：

大氣的成分和濕度是決定大氣腐蝕程度的兩個主要因素。

大氣腐蝕的特點：

遵循電化學腐蝕的一般規律，主要是耗氧腐蝕。

區域I：濕度特別低，金屬外表只有極薄的一層吸附液膜，還不能認為是連續的電解液，相當于金屬在枯燥大氣中的腐蝕，金屬外表將形成一層保護膜，腐蝕速度很小。

區域Ⅱ：濕度增大，金屬外表的液膜厚度也逐漸增加，形成連續的電解液膜，腐蝕速度

急劇增加。

區域Ⅲ：濕度繼續增加，由于金屬外表的液膜繼續增厚，使氧通過液膜擴散變得困難了，所以腐蝕速度有所下降。

區域Ⅳ：濕度很大，金屬外表的液膜變得很厚，已相當于完全浸在電解液中的腐蝕情況，所以腐蝕速度根本不變。

3、控制與防護：

1〕合理選材：低合金鋼、不銹鋼等

2)外表涂覆

：涂料、鍍層保護屏蔽氧和水；

3)保持外表清潔

4)介質控制：降低空氣濕度〔加熱空氣、使用吸濕劑〕、減少污染物、使用緩蝕劑等。

三、土壤腐蝕

1、土壤腐蝕的歷程與特點：

1〕歷程：金屬在土壤中的腐蝕時的陰極過程主要是耗氧腐蝕，即陽極金屬溶解生成金屬陽離子，陰極氧氣被消耗。

2〕特點：〔1〕土壤的結構和濕度對氧的流動性影響很大，土壤越疏松氧的滲透擴散越容易，腐蝕越嚴重；〔2〕在枯燥疏松的土壤中，氧的滲透率很高，如土壤中無氯離子，那么鐵很易鈍化而使腐蝕大大降低。

2、土壤腐蝕常見的幾種形式：

1〕因充氣不勻引起的腐蝕---氧的濃差電池腐蝕，由于土壤的多相性和不均勻性常常引起氧的滲透率差異，因而造成因充氣不均形成的供氧差異腐蝕電池，常造成地下設備和管線的嚴重腐蝕。

2〕由雜散電流引起的地下金屬設備和管線的腐蝕，如：電焊機、電氣火車等設備漏電的情況下，漏到地下的電流經常引起附近地下金屬設備的腐蝕，特別是直流電漏電引起的這種腐蝕破壞速度較大。

3〕由微生物引起的腐蝕，土壤中的微生物經發酵分解，可產生腐蝕物質引起局部腐蝕，如硫桿菌：污物發酵→硫代硫酸鹽→硫桿菌作用→硫酸

3、土壤中的腐蝕與防護

1〕合理設計與施工

設計時考慮土壤特性，盡量防止在土壤性質差異大的位置布置設備和管線，施工時將土壤壓實，去除污物〔噴灑殺菌劑〕、外砌水泥池槽等等。

2〕合理選材：某些非金屬材料耐土壤腐蝕能力較強，PVC塑料，水泥管。

3〕外表涂覆：常用涂料，比方用瀝青，為增加強度和防水可用石棉或玻璃纖維布纏繞，PE膠帶或發泡塑料效果也很好。

4〕電化學保護

5〕聯合保護：如涂覆與電化學保護結合四、在海水中的腐蝕

1、海水性質：海水是一種含鹽濃度相當高的電解質溶液，是天然腐蝕劑中最強的一種。

1〕含鹽量大，導電性很強的電解質；

2〕氯離子含量高，其次是硫酸根離子。它們對金屬有較強的腐蝕性；

3〕海水充氣性良好，容易發生耗氧腐蝕。

2、海水腐蝕的歷程與特點：

.歷程：

陽極：M－2e→M2+

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-

特點：

〔1〕腐蝕速度大多取決于陰極過程，即主要受氧到達陰極外表的擴散速度控制；

〔2〕海水中含大量氯離子，大多數金屬在海水腐蝕時陽極過程阻滯很小，鐵、鑄鐵、低合金鋼和中合金鋼在海水中不能鈍化；

〔3〕海水導電性良好，很容易發生電偶腐蝕。

3、海水腐蝕的影響因素：

1〕鹽度：鹽度越大腐蝕越嚴重，但是鹽度超過一定值后，氧的溶解度下降，腐蝕變慢；

2〕碳酸鹽飽和度：到達飽和時易沉積在金屬外表而形成保護層有利防腐；

3〕含氧量：含氧量越大腐蝕越快，海水深度增加，含氧量下降；

4〕流速：一般流速增加腐蝕加快，對于孔蝕有當流速大于臨界速度時，孔蝕變慢；

5〕海生物：貽貝、牡蠣、海藻等，常會消耗或釋放氧氣或二氧化碳，生物尸體分解會形成硫化氫等，多數促進腐蝕；生物附著在金屬外表的局部會因金屬外表狀態的改變形成局部腐蝕，如氧的濃差電池、縫蝕等。

4、控制與防護：

1〕合理選材：許多非鐵金屬在靜止或緩慢流動的海水中腐蝕率較小，如銅與銅合金、鈦與鈦合金等；不銹鋼在海水中的耐蝕性主要取決于鈍化膜的穩定性，也受組織結構影響，奧氏體不銹鋼耐蝕性最好，鐵素體次之，馬氏體最差。

2〕電化學保護：海水導電性好，電化學保護應用方便經濟

3〕外表涂覆：環氧漆、氯化橡膠漆、乙烯漆耐海水性好；

4〕合理設計與施工：防止電偶腐蝕，減少縫隙，并防止形成湍流或渦流。

5〕介質處理：控制海洋微生物，冷卻用海水加緩蝕劑等。

六、硫化氫腐蝕

關于硫化氫滲氫過程的機制，氫在鋼中存在的狀態和運行過程以及氫脆的本質看法還不統一。主要的觀點有電化學腐蝕過程和硫化氫導致氫損傷過程。

（1)電化學腐蝕陽極溶解過程

H2S

一旦溶于水便立即電離使溶液呈現酸性。H2S水中的離解反響：

H2S

→H+

+HS-→2H+

+S2

釋放的氫離子是強去極化劑，易在陰極奪取電子，促進陽極溶解反響使鋼鐵遭受腐蝕。

(2)

硫化氫導致氫損傷過程

H2S水洛液對鋼材電化學腐蝕的另一產物是氫原子。吸附在電極外表的H2S分子和

HS

-在很大程度上能夠抑制復原生成的氫原子形成氫氣，從而使得氫原子滲透入金屬內部的量增大。被鋼鐵吸收的氫原子，將破壞其機體的連續性，從而導致氫損傷，也成為H2S環

境開裂的主要因素。

第四局部

金屬結構材料的耐蝕特性

一、金屬耐蝕合金化原理

1、純金屬的耐蝕特性

〔1〕金屬的熱力學穩定性

各種純金屬的熱力學穩定性，大體上可按它們的標準電位值來判斷。標準電極電位較正者其熱力學穩定性較高；標準電極電位越負，在熱力學上越不穩定，也就容易被腐蝕。

〔2〕金屬的鈍化

熱力學不穩定的金屬在氧化性介質中容易鈍化，易鈍化的金屬可作為合金元素

（3）

腐蝕產物膜〔機械鈍態膜〕的保護性能

2、金屬耐蝕合金化的途徑

〔1〕提高金屬的熱力學穩定性

〔2〕減弱合金的陰極活性

a.減小金屬或合金中的活性陰極面積；通過熱處理的方法形成穩定的固溶體

b.參加吸氫超電壓高的合金元素〔增大合金陰極析氫反響的阻力〕

〔3〕減弱合金的陽極活性〔是最有效、應用最廣泛的方法〕

減少陽極相的面積；參加易鈍化的合金元素；參加陰極合金元素促進陽極鈍化

〔4〕使合金外表生成電阻大的腐蝕產物膜

參加某些元素促使合金外表生成致密的腐蝕產物膜，加大了體系的電阻，也能有效地阻

滯腐蝕過程的進行。

3、單相合金確實n/8定律

最早塔曼（Tammann)在研究單相〔固溶體〕合金的耐蝕性時，發現其耐蝕能力與固溶體的成分之間存在一種特殊關系。

合金的耐蝕性與固溶體提的成分之間的特殊關系對同一種合金，在不同的介質中其穩定性臺階值是不同的適用于二元系統能夠也使用于多元系統的固溶體合金至今仍無確切的解釋。

4、主要合金元素對耐蝕性的影響

鉻〔Cr〕：

是不銹鋼的根本合金元素；熱力學不穩定。與鐵基合金組成固溶體時，合金呈現不同程度的類似鉻的耐蝕特性。在具備鈍化的條件下，含量越高，耐蝕性越好，在不能實現鈍化的條件下，隨著含量的增高，腐蝕速率反而加大

鎳〔Ni)：

熱力學不夠穩定。與Fe-Ni合金在硫酸、鹽酸和硝酸中的腐蝕速率都隨著鎳的含量的增加而減小；鎳在鐵的基體中的耐蝕性不是鈍化作用，而是使合金的熱力學穩定性提高；在氧化性介質和復原性介質中均有效。

優勢：

與鉻配合參加鐵中獲得不銹鋼；綜合了鉻鎳的優勢，耐氧化性介質腐蝕也耐復原性介質腐蝕；形成奧氏體，具有良好的熱加工性、冷變形能力、可焊性、良好的低溫韌性。

不利之處：增加不銹鋼的晶間腐蝕傾向

鉬〔Mo)：

使合金耐復原性介質的腐蝕和抗氯離子等引起的孔蝕；含量較小時，使鋼對氯化物腐蝕破裂敏感，而當鉬含量大于4%時，鋼的耐應力腐蝕破裂性能提高；鈍化膜厚度隨著鋼中鉬含量增高而增厚，而膜厚度的增加通常會延長蝕孔形成的孕育期，提高耐孔蝕性能。

硅〔Si)：

在相應的合金中具有耐氯化物腐蝕破裂、耐孔蝕、耐濃熱硝酸、抗氧化、耐海水腐蝕等作用；不銹鋼隨硅含量的增加，耐應力腐蝕破裂性能顯著改善〔依靠加硅形成富硅保護膜〕耐氯離子腐蝕〔耐氯化物應力腐蝕破裂〕；改善耐孔蝕性能〔提高了鋼的鈍態穩定性〕；耐強氧化物腐蝕：形成富集Si,Cr,O的外表膜；Si與Cr,Mo與Cu配合，可以得到各種耐海水鋼

銅〔Cu)：

是低合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鑄鐵中常用的耐蝕合金元素之一。

耐大氣腐蝕：銅在低合金鋼大氣腐蝕過程中起著活性陰極的作用，在一定條件下可以促使鋼產生陽極鈍化，從而降低腐蝕速率；鈍化膜易被活性氯離子破壞，所以銅鋼只在較純潔的空氣中具有較好的耐蝕性；可提高鋼對H2SO4的耐蝕性：提高了合金的熱力學穩定性；可減弱鋼在海水中的縫隙腐蝕：參加Cu后，鋼的陽極過程受到阻滯，使鈍化臨界電流密度減小。

二、常用結構材料的耐蝕性能

1、依靠鈍化獲得耐蝕能力的金屬

主要有不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、硅鑄鐵等

18-8不銹鋼〔Cr18%,Ni8%-9%

;n=2)

在空氣、水、中性溶液和各種氧化性介質中十分穩定；在酸性介質中〔氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性的強弱有關〕不銹鋼設備的腐蝕多是局部腐蝕破壞：晶間腐蝕、孔蝕、應力腐蝕。

〔1〕鋁與鋁合金

鋁的耐蝕能力主要取決于在給定環境中鋁外表的保護膜的穩定性；在中性和近中性以及大氣中具有很高的穩定性；在氧化性的酸或鹽溶液中也十分穩定；常用于濃硝酸的生產中在含鹵素離子的中性溶液中易發生小孔腐蝕；在大多數有機介質中有很好的耐蝕性；對硫和硫化物有很好的耐蝕性。參加Cu,Mg,Mn等使鋁強化，提高純鋁的強度，耐蝕鋁合金主要有Al-Mn,Al-Mn-Mg,Al-Mg-Si,Al-Mg。

〔2〕鈦及鈦合金

氧化性介質；沸水和過熱蒸汽；沸騰鉻酸、濃硝酸、濃硝酸的混酸、高溫高濃度的硝酸在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蝕性。在含有少量氧化劑或添加高價重金屬離子，或與鉑、鈀等相接觸，抑制鈦的腐蝕〔可以促使陽極鈍化〕；在稀堿溶液中耐蝕；在一定條件下，發生劇烈的發火反響；主要品種有：Ti-Pd,Ti-Ni,Ti-Mo,Ti-Ni-Mo合金容易發生氫脆情況，應力腐蝕破裂。

〔3〕高硅鑄鐵

含14.5%~18%

Si的鐵碳合金稱為高硅鑄鐵，依靠硅合金化而獲得鈍化能力，其耐蝕性同樣遵循n/8定律，穩定性臺階n=2〔含14.5%

Si〕。由于外表鈍化形成的Si02保護膜屬于酸性氧化物，所以高硅鑄鐵不僅在氧化性的酸和鹽溶液中有很高的穩定性，并且在非氧化性酸，如任何濃度的硫酸、磷酸、室溫的鹽酸、有機酸等溶液中也有良好的耐蝕性。

2、可鈍化或腐蝕產物穩定的金屬

〔1〕碳鋼和鑄鐵

碳鋼和鑄鐵都是多相合金，主要的組織組分有：鐵素體（Fe)、滲碳體(Fe3C)和石墨(C)，由于這三種組分在電解質溶液中具有不同的電位，其中Fe的標準電極電位最低，其值為-0.44V，是熱力學不穩定的元素，所以在多數電解質溶液中將成為微電池的陽極而被腐蝕。但Fe又是可鈍化金屬，在有足夠的鈍化條件下也能獲得穩定的鈍態。此外，在某些環境中金屬外表可能生成穩定的腐蝕產物。

〔2〕鉛與鉛合金

鉛的標準平衡電位〔-0.13V〕低于氫，在酸中可以產生析氫反響，但在某些酸中能生成穩定的腐蝕產物。鉛不具備鈍化能力，所以鉛的耐蝕特性主要表達在它的腐蝕產物在相應介質中的溶解度。

三、結構材料的選擇原那么

1、根據工藝條件分析對設備材料的要求

〔1〕介質的特性與溫度、壓力〔2〕工藝條件對材料的限制

〔3〕設備的功能和結構〔4〕運轉及開停車的條件

2、掌握材料的根本特性

首先了解各種材料的共性，然后分析某些材料的特殊性質，全面掌握各種材料的根本特性。

3、材料選擇的根本要點

耐蝕性；力學物理特性；加工成型工藝性能；材料價格與來源。

第五局部

非金屬結構材料的耐蝕性

1、高分子材料的特性和影響因素

一、有機高分子材料的一般特性

根本概念：以C、H為主體且分子量大于10000的化合物稱為有機高分子，它是由單體聚合而生成的合成聚合物。如聚乙烯、聚氯乙烯等。

影響高分子材料主要性能的內在因素：

〔1〕化學結構：線型聚合物在適宜的介質中可溶脹、溶解，加熱軟化；體型聚合物只能溶脹不能溶解，加熱不軟化〔到一定溫度會分解〕，熱固性。

〔2〕組成〔主要是官能團〕；〔3〕構形與構象，〔4〕分子量大小與分布〔5〕添加劑。

二、高分子材料的腐蝕特征：

1.與金屬腐蝕的區別：

〔1〕金屬是導體，大多數金屬腐蝕為電化學腐蝕，高分子材料一般不能導電，因此高分子材料的腐蝕老化不是電化學腐蝕，不能用電化學規律解釋。

〔2〕金屬材料的腐蝕多發生在界面上，一般由外而內進行〔晶間腐蝕與應力腐蝕例外〕；而高分子材料的老化大多為介質向材料內部滲透擴散引起。

三、高材的腐蝕破壞形式：

〔1〕滲透與溶脹、溶解

介質的滲透是濃度差引起的擴散運動造成的，因此與介質分子大小、高分子材料的孔隙率、孔徑分布及親和力有關。一般，介質分子越小，滲透性越好；無定形線性分子滲透率較高，晶態及交聯聚合物滲透性較差；孔隙率下降，滲透性下降。

介質分子滲入高分子內部使鏈段間作用力減弱，間距增大，從而引起高分子材料宏觀上的體積、重量的增加，這種現象叫溶脹。對于線性無定形聚合物充分溶脹可以進一步使其溶解，而對于體型或交聯結晶聚合物只能溶脹不能溶解。溶脹溶解遵循極性相似原那么。

〔2〕化學裂解〔氧化與水解〕

滲入內部的介質與大分子發生化學反響——特別是氧和水具有很大的滲透能力和反響活性從而發生氧化、水解，使大分子鏈〔主鏈〕斷裂，特別是在高溫〔>150℃〕或光的作用下。

〔3〕老化：高分子材料在陽光〔紫外線〕、濕度、溫度及大氣中的其他組分的綜合作用下，性能逐漸變壞以致喪失使用價值的現象叫老化。

〔4〕應力腐蝕開裂

：高分子在腐蝕介質和應力共同作用下，其質量變化率比無負荷時大，耐蝕性能急劇下降，在某些條件下也能發生類似金屬應力腐蝕破裂的現象。

3.高材的力學與熱性能：

與金屬相比，高材強度低，耐熱性差，導熱系數小，膨脹系數大〔金屬的5~10倍，無機

材料的15~20倍〕；與金屬有類似的應力—應變曲線，但強度低且下降明顯，常伴有高彈形

變、塑性形變，伸長率大;材料不均一性大。

高聚物的三態：玻璃態，高彈態，粘流態；線形高聚物有三態，玻璃態時，只有主鏈伸長鏈角的變化；高彈態鏈段運動；粘流態分子鏈運動滑移。晶態聚合物在＜Tf時，始終呈現硬性固體狀，無高彈態；交聯網狀聚合物那么無熔點，到達一定溫度時分解。

2、耐腐蝕高分子材料

一、硬聚氯乙烯〔PVC〕塑料：

聚氯乙烯按是否添加增塑劑分為軟硬PVC，不添加或極少量添加〔＜5%〕增塑劑的為硬聚氯乙烯，可作為結構材料，具有一定的機械強度，焊接成型性良好。PVC為線性無定形聚合物，結晶度＜10%。

1.硬聚氯乙烯的耐蝕性：

耐蝕環境：在硝酸、鹽酸、硫酸等介質中穩定；在低于50℃時，耐蝕性優于酚醛塑料、聚苯乙烯〔PS〕、有機玻璃；能耐大局部酸、堿、鹽、CH化合物及有機介質。

不耐蝕：強氧化劑〔濃硝酸、濃硫酸〕、芳香族、氯代碳化物及酮。

2.影響耐蝕性的因素：

〔1〕溫度：溫度升高腐蝕速度加快

〔2〕內應力：內應力增加腐蝕速度加快

〔3〕光：耐光性不好，變硬變脆老化

3.常用硬PVC部件與設備：

常用做貯罐、塔設備、離心泵、風機、管道、管件及閥門等。

二、聚乙烯〔PE〕

聚乙烯的物理機械性能主要受結晶度大小的影響。也與分子量及分布有關。

耐蝕性：常溫下耐一般的酸堿鹽，耐試劑性HDPE優于PE，超高分子量的HDPE有較高的耐沖擊強度和長期耐疲勞性能，且有優異的抗摩與自潤滑作用。

三、聚丙烯〔PP〕

耐蝕性：優于硬PVC，除強氧化劑外，可以耐受100℃以下幾乎所有的酸堿鹽，發煙硫酸與濃硝酸不能用；耐溶劑性也優于硬PVC，幾乎所有的溶劑在室溫下都難于溶解PP；耐熱性高于PVC50℃.。

可焊接，常用作管道、貯槽、襯里等；但膨脹系數大〔約是PVC的三倍〕，高溫時楊氏

模量低，設計使用時應注意。

四、氟塑料P130(老版106〕

五、尼龍：尼龍6和尼龍66〔PA6、PA66)

力學性能：拉伸強度高，耐磨性能優異，抗沖擊性好，耐大多數化學藥品，耐油性較好。

不耐光腐蝕，吸水性高，剛性差，耐熱性不佳，制品形狀穩定性差。

六、聚酯：PET、PBT等，耐蝕性類似于尼龍，但阻隔性、耐光性優于PA，無毒。

常用做薄膜、纖維，容器等。

七、合成樹脂：

1.酚醛樹脂

酚類與醛類縮聚而得，常用苯酚與甲醛縮合，具有立體網狀結構。剛性大，柔性差，硬而脆，耐熱性較好，馬丁耐熱溫度〔空氣熱變形溫度〕120℃.耐蝕性：非氧化性酸，各種化學介質較為穩定

不耐蝕：氧化性酸，堿性介

2.環氧樹脂

最常用的是雙酚A與環氧丙烷縮聚而成的雙酚A環氧樹脂。環氧樹脂本身是線形的熱塑性聚合物，無工程使用價值，使用時需參加固化劑使其交聯成網狀，成為不溶不熔的固化物，常用的固化劑為胺類、酸酐類。

優點：粘合力強，常用做粘合劑，抗彎強度較好，熱膨脹系數小，可澆鑄，馬丁熱溫度105-130℃，易與其他樹脂復合。常用于涂料、玻璃鋼、膠泥等。

耐蝕：耐酸、堿及某些溶劑

3.呋喃樹脂

七、橡膠：高彈性材料，分為天然橡膠與合成橡膠

合成橡膠主要有氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁

晴橡膠、氟橡膠等。

耐蝕性：不透水、不透氣，耐酸堿及大多

數介質。

不耐蝕：強氧化性介質，油脂類有機介質。

優點：彈性高，耐低溫性好，耐磨，絕緣，可作為密封、減震、平安防護等場合，常用板材、膠管、膠帶等。

3、耐蝕無機非金屬材料

耐蝕無機非金屬材料主要有陶瓷、玻璃和石墨。

一、陶瓷的耐蝕性：

陶瓷包括化工陶瓷、水泥、磚、石英、玻璃等含硅酸鹽或二氧化硅或三氧化二鋁等金屬氧化物的這類材料，一般經成型燒結工序獲得。

1.陶瓷的組成：粘土，脊性料〔骨架：石英類、熟料〕，助熔劑〔長石〕；以上材料混合均勻，高溫煅燒形成多晶體材料。一般有很高的抗壓強度和硬度，耐磨性好，但脆性大、易產生脆性斷裂，機加工性能差。

2.耐蝕性：耐熱性好〔高于2000℃〕，導熱性差，熱膨脹系數小；耐大多數酸堿鹽及溶劑。

不耐蝕：HF，高溫的磷酸，氫氧化鈉

二、炭、石墨材料：

炭有三種同素異形體：無定形炭〔煤炭〕、石墨〔六方晶系的晶體結構〕和金剛石。炭-石墨具有優良的物理化學性能，被廣泛應用于化工、冶金、機電、航空等部門。

第六局部

防腐方法

1、電化學保護法

一、陰極保護：主要分為電保護與犧牲陽極保護兩種形式。

1.電保護：將被保護金屬設備與直流電源的負極相連，依靠外加陰極電流進行陰極極化而使金屬得到保護的方法，叫外加電流陰極保護，簡稱電保護。

2.犧牲陽極保護〔護屏保護〕：在被保護金屬設備上連接一個電位更負的強陽極，促使陰極極化，這種方法叫犧牲陽極保護，也稱護屏保護。

3.應用范圍與條件：

〔1〕常用于輸油、氣管道，艦船，采油平臺，碼頭。水閘等。

〔2〕條件：①腐蝕介質能導電，并可形成連續電路，比方海水、土壤、酸堿鹽溶液等；②金屬材料在所處環境介質中易陰極極化，耗電不大；③被保護設備形狀、結構不太復雜，防止形成電流分布不均，達不到保護效果。

4.陰極保護技術設計要點：

〔1〕確定合理的保護度〔2〕陰極材料的選擇〔3〕護屏和輔助陽極的合理配置

〔4〕要預留保護參數監測點

二、陽極保護

將被保護的設備與外加直流電源的正極相連，在一定電解質溶液中將金屬進行陽極極化至一定電位，在此電位下金屬能建立起鈍態并維持鈍態，那么設備腐蝕速度顯著降低，設備得以保護。

其應用范圍與條件與陰極保護類似，只是陽極保護要求被保護金屬可鈍化并有較穩定的鈍態。

陽極保護設計要點：

正確選擇輔助陰極材料；輔助陰極的合理配置；參比電極的選用和安裝。

2、襯

里

是一種綜合利用不同材料的特性，具有較長使用壽命的防腐方法。大多是在鋼鐵或混凝土設備上選襯各種非金屬材料。

一、碳鋼設備及襯里材料的外表處理

〔1〕對被粘物外表的要求

有良好的潤濕性；

外表具有一定的粗糙度；外表清潔；有良好的潤濕性；外表具有一定的粗糙度。

（2）

鋼鐵外表處理

手工除銹：效率低、外表質量差，只適用于較小的外表或一般的涂料施工，襯里工程很少采用。

機械清凈法：包括機械研磨、滾磨、噴砂、噴丸、高壓水流等方法。

噴砂：去除金屬外表的鐵銹、氧化皮及其他污垢；使金屬外表獲得一定的粗糙度

化學法除銹：將金屬件浸于無機酸溶液中，依靠溶解作用去除外表的氧化物HCI〔10~15%〕：溶解鋼鐵外表氧化皮和鐵銹，用

于間歇酸洗H2SO4〔5~10%〕：進入氧化皮的微裂紋，在鋼與Fe3O4、的界面上反響生成H2，使

氧化皮脫落。用做流水作業的酸洗液。

酸洗液中必需添加緩蝕劑

〔3〕襯里材料的外表處理

機械處理方法：用噴砂或手工打磨的方法，增加材料外表的粗糙度，和接觸面積，使塑料外表更容易被膠粘劑潤濕。

化學方法處理：高分子材料外表通過氧化、交聯、引入極性基團或接枝的作用提高外表活性。

聚烷烴類塑料：過氧化氫、有機過氧化物、高錳酸鹽、王水、硫酸-重鉻酸鹽等。含氟共聚物：鈉-萘-四氫呋喃、鈉-聯苯-二氧六環、納-萘-乙二醇二甲醚等。

二、襯里磚板種類

輝綠巖板；玄武巖板；耐酸瓷磚板；耐酸耐溫陶磚板；不透性石墨板。

1.襯里膠泥的選擇

水玻璃膠泥：它們是以水玻璃為膠黏劑，氟硅酸鈉為固化劑耐酸粉為填料，按一定比例調制而成。硅酸鹽膠粘劑粘結機理：

樹脂類膠泥：

大多使用熱固性樹脂〔酚醛、環氧、呋喃、環氧-呋喃、環氧-酚醛等添加填料、固化劑等配制而成。

樹脂類膠泥對非氧化性酸有較好的耐蝕性；環氧、呋喃：適用于酸堿交替的場合；酚醛膠泥：常用于滲透性較大的稀酸介質；環氧-呋喃膠泥：提高呋喃膠泥的粘結強度；氧膠泥：粘結強度高、收縮性小、抗滲透性好、價格貴，一般用于擠縫和勾縫。

2.磚板襯里結構設計特點

〔1〕設備直徑不宜小于700mm；密閉設備設有人孔和可拆卸大法蘭；法蘭轉角處襯貼耐蝕材料。

〔2〕焊縫采用對焊接；內外表焊縫平整、凸起高度<2.5mm；深入設備的接管，端部與設備內外表齊平防止斜插管。

〔3〕液面以下器壁盡可能不安裝接管；

必須安裝接管時，嚴格注意質量：襯里法蘭處加翻邊隔離層;

中心插入保護套管;接管直徑較大，無適宜的套管，那么襯一層小的瓷板或不透性石墨板。介質腐蝕性較強時，最好襯兩層。

〔4〕設備內直接通入蒸汽加熱時，蒸汽管出口不得對準磚板襯里層；同時有攪拌器時，蒸汽出口應與攪拌方向一致。

〔5〕設備底部的襯里結構一般常用人字形排列、丁字形排列、扇形排列。

〔6〕設備頂蓋可以適當降低襯里的要求。

三、玻璃鋼襯里

〔1〕玻璃鋼襯里的滲透與應力破壞

玻璃鋼襯層出現針孔、氣泡或微裂紋，介質沿缺陷往里滲透；由于溶劑揮發，使一些參與交聯反響的固化劑、增塑劑等物質析出；某些縮聚樹脂在固化過程中生成小分子；玻璃纖維的外表處理不好，介質滲到樹脂與玻璃纖維的界面間，破壞樹脂與金屬的粘合；如發生腐蝕，可能出現鼓泡，使襯里層剝離。

〔2〕膠粘劑與玻璃纖維的選擇

玻璃鋼襯里常用的膠粘劑有：酚醛、環氧、呋喃、聚酯以及他們的改性膠粘劑。

常選環氧樹脂做底層涂料

：環氧膠粘劑的粘附力強，固化收縮率小，固化過程中沒有小分子副產物產生。

嚴格控制溶劑、固化劑和增塑劑的添加量，盡量少用或不用溶劑。

在滿足襯層的整體性和厚度的前提下，盡量少用玻

璃纖維。襯貼3~4層玻璃布(氣相、弱腐蝕介質〕；襯里總厚度>3mm(苛刻的腐蝕環境)；

襯貼過程中，涂刷充分，盡可能擠出纖維間空隙中的空氣，每一層經熱處理或充分枯燥。

玻璃纖維襯里的抗滲性不夠理想、不耐磨、勞動衛生條件差，使用范圍受限。

四、橡膠襯里

生膠板按施工要求襯貼于設備的外表，經硫化后使橡膠變成結構穩定的防腐層。

（2）

橡膠襯里的技術要點

①缺陷處理

設備的焊縫部位和轉角處，往往由于角度太小，膠板不易襯貼彌合而殘

留空氣，受熱時會引起襯層的鼓泡。通常可用以下方法消除。

i．用刷過膠漿的膠條填貼設備缺陷處，然后用烙鐵烙至要求的坡度或烙平，這一工序

一般在刷完第一遍膠漿后進行。

ii.在涂刷第三次膠漿后，用4~5根合股棉線〔直徑約1—2mm〕，沿設備缺陷處排列，線頭從附近法蘭處引出，然后襯貼膠板，殘存在缺陷處的氣體在硫化時便沿棉線排出。這種掛線排氣法是從實踐中總結出來的行之有效的方法。

iii．用粗針頭穿過膠片插到缺陷部位，然后用真空泵將剩余空氣抽出，這種方法只局限。

②襯里

橡膠襯里不同于襯玻璃鋼，它是用大塊膠板刷漿后進行襯貼。襯貼時在一定溫度下進行烙壓，因為生膠板被加熱可以增加塑性，加壓的目的是為了排除空氣同時保證膠板與金屬外表更好地貼合。

③硫化

硫化是整個襯里過程的關鍵工序，硫化程度是否完全取決于硫化溫度和時間。〔2〕橡膠襯里的結構設計特點

為了保證襯里質量，設備與襯層結構應符合以下要求。

i．因為橡膠襯里的膠黏層很薄，所以對設備外表的凹凸部位比磚板襯里要求更高。

ii.法蘭口上不要車密封線，以免縫隙中殘留空氣造成襯層鼓泡現象〔如下列圖〕。

iii.設備接管口應與設備外表齊平。

Ⅳ.平面或弧面上膠板的黏接結構有對接和搭接兩種形式。除孓轉動設備要求沿圓周不能突出膠片而采用對接外，一般均用坡口搭接。

V．物料進出口接管的襯層結構，其膠縫應順著介質流動方向搭接。

VI．轉動設備的膠片搭接方向應與轉動方向一致，防止接縫受沖擊或摩擦作用而產生脫膠現象。

3、涂層和鍍層

一、涂料覆蓋層

涂料的品種非嘴多，主要有以干性油為主體的油基性涂料和以合成樹脂或天然樹脂〔如生漆、橡膠〕為主體的樹脂基涂料等兩大類。

(1)

涂料的主要組成及其作用

①成膜物質

油基性涂料的成膜物質主要是來自植物果實的干性油，如桐油、亞麻仁油和豆油等，它們本身的不飽和雙鍵在空氣中氧的作用下，先生成不穩定的過氧化物，進而發生聚合，即這類成膜物質由于氧化誘導期長，一般均須參加催干劑才能制成常溫枯燥的涂料。

②顏料

除了成膜物質外，顏料也是涂料的重要組成之一。常用的顏料有紅丹、鋅鉻黃、鋅粉、磷酸鹽、鉻酸鹽、鋁粉、云母、氧化鐵……等。顏料的參加不僅能填充連續濾膜．物質的空隙以降低滲透性，還可以不同程度地反射紫外線，延緩漆膜的老化。

（2）

涂料的選擇

涂料品種很多，選用時應根據具體的腐蝕環境，從耐蝕性、抗滲透性，與被保護物的黏結強度以及價格等方面綜合考慮。下表列舉了防腐涂料的選用。

4、緩蝕劑

一、緩蝕劑的種類與緩蝕機理

（1)緩蝕劑成膜原理

該原理認為金屬與緩蝕劑產生反響在金屬外表生成了可以阻礙腐蝕過程的膜而起到緩蝕作用。

(2)緩蝕劑吸附原理

該原理認為，由于有機緩蝕劑通常由電負性大的O、N、P、S等原子為中心的極性基團

和C、H原子組成的非極性基團組成。

(3)

電極過程抑制原理

①陽極性緩蝕劑

這類緩蝕劑主要是促使金屬鈍化而提高耐蝕性。另一類陽極性緩蝕劑，如鋼鐵在含氧中性水溶液中所采用的亞硝酸鈉。亞硝酸鈉不是直接對陽極反響起作用，而是增強了陰極去極化促進鋼鐵鈍化的結果。

②陰極性緩蝕劑

鋅、錳和鈣的鹽類如ZnS04、MriS04、Ca（HC03)2等，能與陰極反響產物OH

-作用生成難溶性的化合物，它們沉積在陰極外表上，使陰極面積減小而降低腐蝕。

③混合型緩蝕劑

大多數有機緩蝕劑屬于這種類型，它們有的是由于緩蝕劑分子上的反響基團與腐蝕反響中生成的金屬離子相互作用，在金屬外表形成絡合物沉淀膜；有的是依靠緩蝕劑分子上極性基團的吸附作用，使之吸附到金屬外表。

二、緩蝕劑的應用

常用酸洗緩蝕劑

如下表所列

第七局部

典型化工裝置的腐蝕與防護分析

一、氯堿生產裝置

1.介質的腐蝕特性

工業上常用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2并以他們為原料生產一系列化工產品，稱為氯堿工業。氯堿的生產工藝通常有隔膜法、水銀法和離子膜法。金屬在鹽水系統中的腐蝕實質是氧去極化腐蝕，即

陰極的極化作用主要是氧的濃差極化。而金屬在鹽水中腐蝕的影響因素主要有兩種金屬的不均勻性和介質的不均勻性。金屬在氯化鈉鹽水中，常常由于金屬的不均勻性或者介質的不均勻性而形成腐蝕電池導致金屬的腐蝕。如鹽水碳鋼儲罐因為氧分布不均發生水線腐蝕，腐蝕最嚴重的部位發生在水與空氣接觸的彎曲形水面的器壁下方。

電解槽在工作的時候，有局部電流從電解槽內泄漏出來，流出電解系統之外，最終又返回電解系統，形成漏電回路。這種泄漏出來的電流稱之為雜散電流。雜散電流的腐蝕是電解工業中一種特有的腐蝕形式。雜散電流的腐蝕特點：破壞區域集中和破壞速度較快。氯的化學性質很活潑，常溫枯燥的氯對大多數金屬的腐蝕都很輕，但當溫度升高時腐蝕那么加劇。但是潮濕的氯具有強烈的氧化作用。因為生成了次氯酸，次氯酸是一種弱酸，具有強氧化性和漂白性質，它及不穩定遇光分解為鹽酸和氧。在鹽酸中，金屬的腐蝕速度隨鹽酸的濃度和溫度的增加而上升。

2.典型裝置的腐蝕與防護

電解槽的腐蝕多發生在陽極極片的導電涂層、鈦銅復合棒、鈦底板，而陰極的腐蝕比擬輕。鈦銅復合板的的腐蝕主要是陽極液沿陽極根部密封不嚴處而發生的化學腐蝕。鈦板的腐蝕主要是縫隙腐蝕。真正解決電解槽蓋得腐蝕問題，應該從材質上加以解決。鹽水預熱器的防護主要采用電法綜合防護技術有效地防雜散電流。這種綜合技術主要有：1.采用絕緣裝置；2.采用強漏電斷電裝置；3.采用排流接地裝置；4.采用等電位保護裝置。氯堿生產裝置由于介質的強腐蝕性，所以設備的防腐根本以選擇材料和襯里為主。

二、尿素生產裝置

在這些介質中，對設備材料腐蝕最嚴重的是氨基甲酸銨液和尿素同分異構體化反響產物氰酸銨、氰酸。在尿素生產流程中，遭受腐蝕最突出的是處理這些介質的高壓設備。尿素合成塔的主要腐蝕形態有：

1.襯里液相部位全面腐蝕

在尿素熔融物中，不銹鋼襯里與內件可能會發生全面腐蝕，導致厚度出現均勻減薄。

2.襯里鼓包

產生襯里鼓包的原因主要是襯里與筒體之間的間隙處的壓力大于塔內壓力所致。

3.氣相冷凝液腐蝕

主要是由于設備外殼保溫不良。

4.應力腐蝕破裂

不銹鋼襯里的應力腐蝕破裂是尿素合成塔常見的腐蝕破壞形式之一。導致應力腐蝕的拉應力主要來源有焊接剩余應力、熱應力以及工作應力。

5.電偶腐蝕

含氧的尿素熔融物會經過小孔泄漏到襯里與殼體的夾縫中，由此會引起電偶腐蝕。

6.晶間腐蝕

高溫高壓的尿素熔融物對不銹鋼可能引起強烈的晶間腐蝕。

針對以上腐蝕形態，目前生產中已采用的防護措施歸納起來有：1.合理選擇襯里和內件和焊縫材料；2.穩定操作參數，控制腐蝕介質；3.提高焊接質量。

高壓甲銨泵的腐蝕與防護

主要防腐蝕措施有：降低應力集中和選擇耐腐蝕疲勞材料。降低應力集中可以從以下幾方面采取措施：

1.采用進排液組合閥可使缸體內腔的應力集中部位防止應力交變

2.采用組合閥的液缸結構，可減小最大應力集中。

3.內腔交角處盡量圓滑過渡，降低應力集中系數

4.提高缸體內外表粗超度，降卑微觀的應力集中

缸體材料應耐腐蝕疲勞，應滿足以下幾點要求：

1.有足夠的鉻、鉬含量，以具備足夠的耐蝕性能

2.盡量降低鋼中的含碳量，一般采用超低碳不銹鋼

3.采用夾雜物盡量少得不銹鋼，因為夾雜物是俯視疲勞的裂紋源

4.控制鍛造流線方向使夾雜物分布方向和開裂方向垂直，減少夾雜物的影響。

三、硫酸生產裝置

1.硫酸的腐蝕特性

硫酸是一種含氧酸，具有獨特的腐蝕行為，其腐蝕性能與硫酸的濃度、溫度、流速、酸中的氧或氧化劑以及雜質關系很大。硫酸的腐蝕性能的影響因素:

硫酸的濃度、硫酸的溫度、硫酸的流速、酸中的氧(氧化劑)和雜質。硫酸的腐蝕不是濃度越高；腐蝕越苛刻，而是中等濃度時有一個凸峰。對于任何濃度的純潔硫酸溶液來說，溶液的溫度升高，都會加速金屬的腐蝕作用。酸的流速增大對碳鋼的腐蝕速率幾乎無影響，但酸的溫度升高，流速對碳鋼的腐蝕速率影響明顯增大。如果硫酸中含有Cl-,既不利于鈍化膜的形成，對已形成的鈍化膜還有破壞作用。

2.典型裝置的腐蝕與防護

管殼式酸冷卻器有帶陽極保護和不帶陽極保護兩種。濃硫酸泵主要為枯燥酸和吸收酸用泵。國內原生產的濃硫酸液下泵僅適宜于溫度較低的泵前冷卻流程中使用，不適于溫度較高的泵后流程。而且壽命短，軸襯和軸套的腐蝕比其他部位嚴重。對于國外的泵如常見的路易斯泵存在的問題，其主要的腐蝕原因是循環槽加水管的配置不當，在酸液面出=處產生稀硫酸，造成腐蝕。對于路易斯泵存在的問題，關鍵是防止稀硫酸的生成。解決的方法是將循環槽排氣管接到枯燥塔入口，使循環槽保持負壓，空氣不致漏入泵軸套管；將泵軸套管上部的排液小孔堵死。

四、磷酸生產裝置

磷酸為生產磷肥的根底原料，其生產方法有濕法和熱法兩種，其中以濕法生產為主，我國的濕法生產以二水流程最為普遍。二水流程是多種多樣的，主要區別在于反響槽的結構不同。

1.介質的腐蝕特性

與硫酸、鹽酸相比，磷酸對金屬的腐蝕相對較弱。其腐蝕性能與磷酸的濃度、溫度、雜質、含固量、流速、生產方法等有關。在磷酸濃度相同的情況下，磷酸溫度升高可大大加速不銹鋼的腐蝕，到達沸點時腐蝕速度很大。濕法磷酸中存在活性二氧化硅雜質可使腐蝕減弱，因為活性二氧化硅與氟化氫形成氟硅酸鹽，降低了磷酸中的游離氟化物。

.磷酸生產裝置

磷酸萃取槽的腐蝕與防護

濕法磷酸生產過程中，硫酸分解磷礦的反響是在萃取槽內完成的。萃取槽的結構特點：萃取槽主要由槽體、攪拌器、槽蓋組成；殼體用鋼筋混凝土或鋼制成；槽體內外表采用非金屬材料防腐；攪拌軸和攪拌槳用不銹鋼或合金制造，碳鋼外包橡膠，碳鋼外包不銹鋼防腐層；萃取槽蓋采用聚丙烯塑料或玻璃鋼制作。萃取槽蓋主要是對槽內的含氟氣象介質氣密封作用，由于操作壓力為常壓，一般是采用耐腐蝕的聚丙烯塑料或玻璃鋼制作。

腐蝕形態與分析--萃取槽體如下表:

萃取槽的防腐措施主要有以下幾種：

1.合理結構設計

當采用復合襯里時，碳磚板總厚應從抵抗磷酸料將介質的腐蝕、滿足隔離層的容許最高使用溫度、降低殼體的壁溫、防止襯里處于拉應力狀態等來考慮。

2.正確選擇膠結材料

應采用以石墨粉作填料的酚醛耐酸膠泥。

3.提高防腐層的施工質量

碳磚板襯里屬脆性材料，在施工過程和運轉過程中應防止機械損傷。

第八局部

典型石油工業裝置的腐蝕與防護

1、鉆井工程裝置

一、介質的腐蝕

鉆井過程中的腐蝕性介質主要有鉆井液、氧氣、硫化氫、二氧化碳等，又由于環境因素的不同，其腐蝕的過程和行為有很大的差異。

二、主要腐蝕形式

（1)均勻腐蝕：由于油、氣田處于強腐蝕環境，均勻腐蝕是主要腐蝕形式，是選擇裝置材料和緩蝕劑必須考慮的一個重要因素。

①鹽腐蝕

鉆井液中的鹽腐蝕是導致腐蝕的重要因素。

②酸腐蝕

在鉆井過程中，酸化壓裂設備把鹽酸、土酸〔HCI-HF〕或其他酸注入底層。由于強腐蝕性的酸的引進加速了鋼鐵的腐蝕速度。在鉆井環境中，除了油井酸化技術引入的酸之外，地下的硫化氫和二氧化碳同樣能導致酸腐蝕。

③溶氧腐蝕

鉆井液中溶解氧是鉆桿腐蝕的主要原因之一。鉆井過程中，由于鉆井液循

環系統是非密閉的，大氣中的氧通過振動篩、泥漿罐、泥漿泵等設備在鉆井液循環過程中混入鉆井液，成為游離氧，局部氧溶解在鉆井液中，直到飽和狀態。

(2)

局部腐蝕：對鉆井專用管材、井下工具、井口裝置等金屬常見的局部腐蝕類型有：應力腐蝕、疲勞腐蝕、硫化物應力開裂、坑點腐蝕、沖蝕等。

三、防腐蝕方法

①控制pH值

通常將鉆井液泥漿pH值提高到10以上，是抑制鉆井液對鉆具及井下設備腐蝕最簡單、最有效、本錢最低的一種處理方法。

②正確選擇緩蝕劑

鉆井液中使用較多的緩蝕劑為有機類緩蝕劑。

③添加除氧劑

大氣中氧的吸入加劇了鉆井液的腐蝕性。國內外廣泛使用的除氧劑為亞硫酸鹽。

④選擇性添加除硫劑

即使大多數鉆井作業中遇到的C02和H2S濃度很低，它們的對鉆具的危害性也很大。

⑤控制含砂量

在鉆井裝置上配備適當的除砂設備，控制鉆井液含砂量，以減少磨蝕。

(2)

油井壓裂酸化的有機緩蝕劑

①含氮化合物

包括單胺、二胺、酰胺、炔氧甲基胺、曼尼期堿及其衍生物等。

②醛類

甲醛是常用低濃度鹽酸酸化緩蝕劑，使用溫度低于80℃，但不能用于含H2S

氣井。

③炔醇

脂肪族炔醇如丙炔醇、丁炔醇、己炔醇、辛炔醇是油氣田酸化作用鹽酸緩蝕

劑的關鍵成分。

2.采油和集輸裝置

一、主要腐蝕形式

（1)油井的腐蝕：

油井下的腐蝕主要有井下工具及抽油桿的腐蝕，油管、套管的內腐蝕和套管外的腐蝕等，習慣稱之為油井的腐蝕。油井腐蝕一般受采出液及伴生氣組成的影響較大，產生腐蝕的主要影響因素有C02、H2S和采出水組成。

(2)

集輸系統的腐蝕

①集輸管線的外腐蝕

集輸站外埋地管線，沿線土壤的腐蝕性及管線防腐保溫結構的施工質量差、老化破損等導致管線外腐蝕。

②集輸管線的內腐蝕

集輸管線的內腐蝕與原油含水率、含砂、產出水的性質、工藝流程、流速、溫度等有密切關系。

(3)

加熱爐的腐蝕

(4)

聯合站設備的腐蝕

二、防腐蝕方法

（1)材料的選擇

合理選材是有效抑制金屬腐蝕的手段之一，在石油行業中主要是防腐層的選擇、金屬材料的選擇和玻璃鋼材料的選擇。在油田采油和集輸系統中，出于經濟性的考慮，在一般情況下油田通常采用普通鋼，輔以其他防腐手段〔如采用防腐層〕。

(2)

合理設計及工藝控制

i．除去介質中的水分以降低腐蝕性，常溫枯燥的原油、天然氣對金屬腐蝕很小，而帶了水分時那么腐蝕加重，在工藝過程中應盡量降低原油、天然氣的含水量；

ii.采用密閉流程，堅持密閉隔氧技術，使水中氧的含量降低至0.02～0.05mg/L，以降低油田污水的氧腐蝕；

iii．嚴格清污分注，減少垢的形成，防止垢下腐蝕；

Iv．縮短流程，減少污水在站內停留的時間；

V..對管線進行清洗，去除管線內的沉積物，以減少管線的腐蝕，清洗主要有化學清洗

和物理清洗兩種方式。

(3)采用防腐層

①外防護層儲罐、容器及架空管道外防腐層。

②內防腐層

根據儲存或輸送介質的品種、腐蝕性和介質的溫度選擇防腐層，防腐層必須有較強的耐蝕性，并與工程壽命相一致，施工工藝簡單，便于掌握，質量容易保證，經濟性好，維修方便。

(4)

電化學保護

i．以油、水井套管為中心，分井定量給套管提供保護電流，各井間電位的差異用陰極鏈〔即均壓線〕來平衡。這種系統比擬節約電能，容易實現自動控制。

ii.把所保護區域地下的金屬構筑物當一個陰極整體，整個區域是一個統一的保護系統。陰極通電點一般設在保護站就近的管道上，各類管道既是被保護對象，又起傳送電流的作用，油井套管是保護系統的末端。

(5)

化學藥劑保護

①緩蝕劑

②殺菌劑

③阻垢劑

3.煉油裝置

一、介質的腐蝕特性

（1)硫化物

硫化物對設備的腐蝕與溫度t有關

i．t≤120℃，在無水情況下，對設備無腐蝕；但當含水時，那么形成煉廠各裝置中輕油

部位的各種H2

S-H20型腐蝕。

ii.120℃≤t≤240℃，原油中活性硫化物未分解H2S-H20體系不存在，對設備無

腐蝕。

iii．240℃

iv.340℃

H2S—H2

↑+S

Fe

+S—FeS

R-S-H〔硫醇〕+Fe——FeS+不飽和烴

所生成的FeS膜具有防止進一步腐蝕的作用。但有酸存在時該保護膜被破壞，使腐蝕進一步發生，加重了硫化物的腐蝕。

V.420℃

vi.t>480℃，硫化物近于完全分解，腐蝕率下降。

vii.t>500℃，不屬于硫化物腐蝕范圍，此時主要為高溫氧化腐蝕。

(3)環烷酸

環烷酸〔RCOOH，R為環烷基〕是石油中一些有機酸的總稱，主要是指飽和環狀結構的酸及其同系物。環烷酸在常溫下對金屬沒有腐蝕性，但在高溫下能與鐵等反響生成環烷酸鹽，引起劇烈的腐蝕。環烷酸的腐蝕起始于220℃，隨溫度上升而腐蝕逐漸增加，在270~280℃時腐蝕最大。

二、防腐方法

（1)H，S-H20的腐蝕防護

降低鋼材的含硫量。當鋼材的硫含量為0.005%~0.006%，可耐硫化物應力開裂。增

加0.2%~0.3%銅，可以減少氫向鋼中的擴散量。

(2)

HCN-H2

S-H20的腐蝕防護

HCN-H2S-H20的腐蝕可采用水洗方法，將氰化物脫除，但用此法必然引起排水受到氰化物的污染，我國氰化物排水允許濃度為0.5

xl0“因而增加污水處理難度。

(3)

CO2-H2

S-H20的腐蝕防護

C02-H2S-H20的腐蝕主要為H2

S-H20等的腐蝕，其腐蝕及反響及防護措施如前。但為防止冷凝冷卻器的浮頭螺栓硫化物應力開裂，可控制螺栓應力不超過屈服限的75%。

且螺栓硬度低于布氏硬度HB235。

(4)

HCI-H2

S-H20的腐蝕防護

低溫HCl-H2

S-H20環境防腐應以工藝防腐為主，材料防腐為輔。工藝防護采用“一脫四注〞即原油深度脫鹽，脫鹽后原油注堿、塔頂餾出線注氨〔或注胺〕、注緩蝕劑〔也有在頂回線也注緩蝕劑的〕、注水。該項防腐蝕措施的原理是除去原油中的雜質，中和已生成的酸性腐蝕介質，改變腐蝕環境和在設備外表形成防護屏障。

(5)

RNH2〔乙醇胺〕-CO2-H2S-H2

0的腐蝕防護

操作溫度高于90℃的碳鋼設備〔如胺再生塔、胺重沸器等〕和管線要進行焊后消除應力熱處理，控制焊縫和熱影響區的硬度小于HB200。

(6)

S-H2

S-RSH的腐蝕防護

高溫硫的腐蝕防護措施主要是選擇耐蝕鋼材。如Cr5

Mo、Cr9Mo的爐管、lCr18Ni9Ti的換熱器管及20R

+0Cr13復合板等。

(7)

S-H2S-ROOH的腐蝕防護

環烷酸腐蝕的防護措施主要是選用耐蝕鋼材。而碳鋼Cr5

Mo.Cr9Mo及0Cr13不耐環烷酸高溫腐蝕。此種腐蝕部位需選用00Cr17Ni12M02(316L)銅，且Mo含量大于2.3%。在無沖蝕的情況下，亦可選用固熔退火的lCr18Ni9Mn。設備、管道以及爐管彎頭內壁焊縫應磨平。以保護內壁光滑，防止渦流而加劇腐蝕。適當加大爐出口轉油線管徑，降低流速。