压力管道的腐蚀与防护.pptx

目录第一节概述第二节压力管道的腐蚀的主要形式及机理第三节压力管道防腐蚀的主要方法第一节、概述第一节、概述腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象。化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象。腐蚀损失调查数据腐蚀损失调查数据n 材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1.84.2左右.每年由于腐蚀可使大约1020的金属损失掉了。n 1975年，美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，为当年国民生产总值的4.2，是当年水灾、火灾、地震、飓风等自然灾害损失（125 亿美元）的5倍多。n 我国1980年十家化工企业由于腐蚀造成的经济损失约为当年生产总值的3.9，这个数值与许多国家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相当。n 2002年中国工程院的调查结果表明，我国腐蚀损失（包括直接和间接损失）达到4979.2亿元。1.1 1.1 金属金属电化学腐蚀电化学腐蚀原理与阴阳极反应原理与阴阳极反应 放入水或其他电解质中 有电极电位差存在 按伽凡尼电位序按伽凡尼电位序按伽凡尼电位序按伽凡尼电位序 钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(A1)、锌(Zn)、镉(Cd)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钖(Sn)、铝(Pb)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)可能导致电位差的因素可能导致电位差的因素可能导致电位差的因素可能导致电位差的因素 不同材料、同一材料 内的化学或物理性质不均匀（成分偏析、金相组织差异、残余应力（焊接、冷变形）典型的阴极反应典型的阴极反应典型的阴极反应典型的阴极反应在酸性水溶液中2H+2e-H2在酸性水溶液中有溶解氧存在时2H+1/2O2+2e-H2O在脱气的碱性溶液中H2O+e-1/2H2+OH-溶液中存在高价金属离子CuCu2+2e-Cu在含氧的碱性溶液中H2O+1/2O2+2e-2OH-有机化合物的还原RO+4e-+4H+RH2+H2OR+2e-+2H+RH2溶液中的氧化性酸或负离子还原NO3+2H-+e-NO2+H2O1.2腐蚀电池腐蚀电池的工作过程什么是腐蚀电池 Zn +H2SO4 =ZnSO4 +H2 腐蚀电池的定义：只能导致金属材料破坏而不能对外界作 功的短路原电池。腐蚀电池的特点：腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热，不对外做功。腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。HCl溶液ZnCu AKZnCuHCl溶液CuCuCuZn (a)Zn块和Cu块通 （b)Zn块和Cu块直 （c)Cu作为杂质分 过导线联接 接接触（短路）布在Zn表面 阳极Zn:Zn Zn2+2e （氧化反应）阴极Cu:2H+2e H2（还原反应）形成腐蚀电池的原因 金属方面金属方面 环境方面环境方面 成分不均匀 金属离子浓度差异 组织结构不均匀 氧含量的差异表面状态不均匀 温度差异应力和形变不均匀热处理差异腐蚀电池的种类大电池（宏观腐蚀电池）：指阳极区和阳极区的尺寸较大，区分明显，肉眼可辩。微电池（微观腐蚀电池）：指阳极区和阴极区尺寸小，肉眼不可分辨。*大电池的腐蚀形态是局部腐蚀，腐蚀破坏主要集中在阳极区。*如果微电池的阴、阳极位置不断变化，腐蚀形态是全面腐蚀；如果阴、阳极位置固定不变，腐蚀形态是局部腐蚀。金属的钝化现象金属的钝化现象 铁在浓硝酸中具有极低溶解速度的性质称为“钝性”，相应地铁在稀硝酸中强烈溶解的性质叫做“活性”，从活态向钝态的转变叫做钝化。*金属的钝化现象具有极大的重要性。提高金属材料的钝化性能，促使金属材料在使用环境中钝化，是腐蚀控制的最有效途径之一。0 10 20 30 40 50 60 HNO3，%工业纯铁（Armco）的腐蚀速度与硝酸浓度的关系，温度25度 100005000activepassivepassivation对于钝态金属来说，腐蚀发生需要满足电位条件 金属的电位在特定的电位以上才会发生腐蚀，该电位为临界电位、击穿电位或点（孔）蚀电位Eb。理论阳极极化曲线回扫，又达到钝态时对应的电位为再钝化电位或保护电位Ep 当EEb时，点蚀迅速发生和发展；当EpEEb时，不产生新的蚀孔，已 有的蚀孔可继续发展；当EEp时，不发生点蚀。Eb值越高，材料耐点蚀性能越好；Eb与Ep越接近，表示钝化膜修复能力 越强。阳极极化曲线示意图阳极极化曲线示意图钝态的特征（1）腐蚀速度大幅度下降。（2）电位强烈正移。（3）金属钝化以后，既使外界条件改变了，也可能在相当程度上保持钝态。（4）钝化只是金属表面性质而非整体性质的改变。压力管道腐蚀的分类压力管道腐蚀的分类a、按腐蚀机理分类按腐蚀机理分类：电化学腐蚀、化学腐蚀b、按腐蚀破坏形式分类按腐蚀破坏形式分类：均匀腐蚀、局部腐蚀局部腐蚀：点蚀点蚀点蚀点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、晶间腐蚀、晶间腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、成分选择性腐蚀等c、按腐蚀环境分类按腐蚀环境分类：高温腐蚀、湿腐蚀、土壤腐蚀、沉淀腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、钒腐蚀、氧腐蚀、盐腐蚀、环烷酸腐蚀、氢腐蚀、硫化氢腐蚀、连多硫酸腐蚀、海水腐蚀、硫化氢-氯化氢-水型腐蚀、硫化氢-氢型腐蚀、硫化氢-氧化物-水型腐蚀等第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理2.12.1均匀腐蚀均匀腐蚀均匀腐蚀，就是在管道上较大面积的产生程度基本相同的腐蚀。管道内表面遭受输送物料的全面腐蚀；管道外壁裸露表面遭受的大气锈蚀。全面腐蚀与局部腐蚀的比较 第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理 遭受均匀腐蚀的管道，壁厚逐渐减薄，最后破坏。从工程的角度看均匀腐蚀并不是危害最大的腐蚀形态，因为管道在设计时可以考虑足够的腐蚀裕度但是应该注意的是，在管道使用过程中，腐蚀速度往往因环境恶化而加剧（如超温、加进腐蚀性成分介质等），因此定期检验是十分有必要的，通过测厚，掌握壁厚减薄的情况。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理2.22.2局部腐蚀局部腐蚀定义 局部腐蚀是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。主要类型 电偶腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀 缝隙腐蚀 小孔腐蚀应力腐蚀 磨损腐蚀 氢损伤 引起局部腐蚀的原因很多：(1)异种金属接触引起的宏观腐蚀电池(电偶腐蚀)。也包括阴极性镀层微孔或损伤处所引起的接触腐蚀。(2)同一金属上的自发微观电池。如晶间腐蚀、选择性腐蚀、孔蚀、石墨化腐蚀、剥蚀(层蚀)以及应力腐蚀断裂等。(3)由差异充气电池引起的局部腐蚀，如水线腐蚀、缝隙腐蚀、沉积腐蚀、盐水滴腐蚀等。(4)由金属离子浓差电池引起的局部腐蚀。(5)由膜孔电池或活性钝性电池引起的局部腐蚀。(6)由杂散电流引起的局部腐蚀。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理2.2.1 点蚀集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为点蚀（也叫孔蚀）大多数情况下点蚀是比较小的。蚀孔之间有时是相互孤立的，也可能比较接近。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理点腐蚀集中于金属表面的局部区域范围内，并深入到金属内部形成孔状（点蚀和坑蚀）腐蚀的形态。点蚀：坑孔直径小于深度；腐蚀的破坏特征(1)破坏高度集中(2)蚀孔的分布不均匀(3)蚀孔通常沿重力方向发展(4)蚀孔口很小，而且往往覆盖有固体沉积物，因此不易发现(4)孔蚀发生有或长或短的孕育期(或诱导期)铝的点蚀现象碳钢的点蚀现象二氧化碳引起的点蚀Cr13型不锈钢的局部腐蚀第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理奥氏体不锈钢在输送含有氯离子或溴离子的介质时很容易发生点蚀。奥氏体不锈钢管道外壁裸露遭受雨水时常常发生点蚀。碳钢管道在蒸汽系统和热水系统中，在80250遭受溶解氧的侵蚀也常常发生点蚀。很多情况下点蚀是引起晶间腐蚀、剥蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等局部腐蚀的起源 影响点蚀的因素(1)金属材料 能够钝化的金属容易发生孔蚀，故不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高。金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。孔蚀最容易发生在钝态不稳定的金属表面。对不锈钢，Cr、M0和N有利于提高抗孔蚀能力。(2)环境活性离子能破坏钝化膜，引发孔蚀。一般认为，金属发生孔蚀需要Cl-浓度达到某个最低值(临界氯离子浓度)。这个临界氯离子浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界氯离子浓度高，金属耐孔蚀性能好。缓蚀性阴离子 缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生。pH值在较宽的pH值范围内，孔蚀电位Eb与溶液pH值关系不大。当pH10，随PH值升高，孔蚀电位增大，即在碱性溶液中，金属孔蚀倾向较小。l温度温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温度低于某个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度称为临界孔蚀温度(CPT)，CPT愈高，则金属耐孔蚀性能愈好。流动状态 在流动介质中金属不容易发生孔蚀，而在停滞液体中容易发生，这是因为介质流动有利于消除溶液的不均匀性，所以输送海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水排尽。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理防止点蚀的措施防止点蚀的措施1改善介质条件：降低溶液中的Cl-含量，降低温度，提高pH，使用缓蚀剂（用于不锈钢的缓蚀剂有硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐和碱，最有效的是亚硫酸钠。）；减少氧化剂(除氧、防止Fe3及Cu2存在)，降低温度，提高pH值等。2选用耐点蚀的合金材料：近十几年来发展了很多耐点蚀不锈钢，含有较多的Ni和Mo，含有N，碳含量低于0.03%.发展高Cr、Mo、低C（15%Zn)*多种水，尤其是停滞状态的水锌(脱锌)灰铸铁土壤、多种水铁(石墨腐蚀)铝青铜(主要含8%Al)氢氟酸，含氯离子的酸、海水铝(脱铝)硅青铜高温蒸汽和酸性种类硅(脱硅)锡青铜热盐水或蒸汽锡(脱锡)铜镍合金(70-30)高的热通量和低的水流速度镍(脱镍)蒙乃尔氢氟酸和其它酸镍(脱镍)热氢氟酸中氧污染引起的蒙乃尔合热氢氟酸中氧污染引起的蒙乃尔合金阀塞金阀塞(阀口处阀口处)上的脱镍区域上的脱镍区域选择性腐蚀选择性腐蚀q检查与检验）观察颜色变化，黄铜的脱合金后腐蚀呈现为粉红色、古铜色，石墨腐蚀使铸铁变为炭灰色，并且材料可用刀切割或钻凿。）可应用声学方法和超声波衰减方法；金相法。）脱合金后硬度降低，脆性增加，强度下降。选择性腐蚀选择性腐蚀硅硅-黄铜合金脱锌后黄铜合金脱锌后留下多孔红色铜留下多孔红色铜2.2.42.2.4晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶粒间界受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象。受这种腐蚀的设备或零件，有时从外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之间的结合力被破坏，材料几乎丧失了强度，严重者会失去金属声音，轻轻敲击便成为粉末。据统计，在石油、化工设备腐蚀失效事故中，晶间腐蚀约占4%9%，主要发生在用轧材焊接的容器及热交换器上。奥氏体和铁素体不锈钢特有的一种腐蚀形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理腐蚀特征腐蚀特征在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力，失去金属声音，严重时只要轻轻敲打就可破碎，甚至形成粉状。因此，它是一种危害性很大的局部腐蚀。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理晶间腐蚀的产生必须具备两个条件晶间腐蚀的产生必须具备两个条件一是晶界物质的物理化学状态与晶粒本身不同；二是特定的环境因素，如潮湿大气、电解质溶液、过热水蒸气、高温水或熔融金属等。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理影响晶界行为的原因大致有如下几种影响晶界行为的原因大致有如下几种(a)合金元素贫乏化。由于晶界易析出第二相，造成晶界某一成分的贫乏化。例如，188不锈钢因晶界析出沉淀相，使晶界附近留下贫铬区。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理(b)晶界析出不耐蚀的阳极相。(c)杂质或溶质原子在晶界区偏析。例如，铝中含有少量铁时(铁在铝中溶解度低)，铁易在晶界析出，铜铝合金或铜磷合金在晶界可能有铝或磷的偏析。56晶间腐蚀的金相检验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（a）敏化晶界区形成贫铬区；（b）晶界区的腐蚀过程571Cr18Ni9晶间腐蚀 Inconel800晶间腐蚀第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理(d)晶界处因相邻晶粒间的晶向不同，晶界必须同时适应各方面情况；其次是晶界的能量较高，刃型位错和空位在该处的活动性较大，使之产生富集。这样就造成了晶界处远比正常晶体组织松散的过渡性组织。(e)由于新相析出或转变，造成晶界处具有较大的内应力。另外还证实由于表面张力的缘故，使黄铜的晶界含有较多的锌。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理 下面从晶界结构分别列举出几种金属材料的晶间腐蚀原因。（1）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀（贫铬理论）固溶处理的奥氏体不锈钢若在450850温度范围内保温或缓慢冷却，然后在一定腐蚀介质中暴露一定时间，就会产生晶间腐蚀。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理含碳量高于0.02的奥氏体不锈钢中，碳与铬能生成碳化物(Cr23C6)。这些碳化物高温淬火时成固溶态溶于奥氏体中，铬呈均匀分布，使合金各部分铬含量均在钝化所需值，即12Cr以上。合金具有良好的耐蚀性。这种过饱和固溶体在室温下虽然暂时保持这种状态，但它是不稳定的。如果加热到敏化温度范围内，碳化物就会沿晶界析出，铬便从晶粒边界的固溶体中分离出来。由于铬的扩散速度缓慢，远低于碳的扩散速度，不能从晶粒内固溶体中扩散补充到边界，因而只能消耗晶界附近的铬，造成晶粒边界贫铬区。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理贫铬区的含铬量远低于钝化所需的极限值，其电位比晶粒内部的电位低，更低于碳化物的电位。贫铬区和碳化物紧密相连，当遇到一定腐蚀介质时就会发生短路电池效应。该情况下碳化铬和晶粒呈阴极，贫铬区呈阳极，迅速被侵蚀。贫铬理论较早地阐述了奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的原因及机理，已被大家所公认。奥氏体不锈钢在多种介质中晶间腐蚀都以贫铬理论来解释。其他很多实验和观点也支持了这一理论。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理（2）晶界相析出引起的晶间腐蚀（阳极相理论）对于低碳或超低碳不锈钢来说，因碳化物析出引起的晶间腐蚀大大减少。可是超低碳不锈钢，特别是高铬、含钼钢在650850加热或热处理时，易引起相(FeCr金属间化合物)在晶界沉集而产生晶间腐蚀敏感性；第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理188铬镍奥氏体不锈钢若在产生相的区间长时间加热，冷加工变形后在产生相的温度区间加热，或钢中添加Mo、Ti、Nb等合金元素，也可能出现相。具有相的奥氏体不锈钢只能在强氧化性介质，如沸腾的65HNO3中才能检验出晶间腐蚀倾向。因为从奥氏体(相)和相的阳极极化曲线可看出，在过钝化电位下，相发生严重腐蚀。其阳极溶解电流急剧地上升，这可能是沿晶界分布的相自身的选择性溶解的缘故。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理图2不锈钢中相及相的阳极极化曲线第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理（3）铁素体不锈钢的晶间腐蚀高铬铁素体不锈钢在900以上高温加热，然后空冷或水冷，就会引起晶间腐蚀倾向。而若在700800重新加热则可消除晶间腐蚀敏感性。这类钢与奥氏体不锈钢相比，其产生晶间腐蚀的条件虽然不同，但其腐蚀机理多半认为与奥氏体不锈钢很相似，仍用贫铬理论来解释。即由于晶界析出亚稳碳化物(Cr7C3)，使晶界附近出现贫铬区。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理除C外，N也是有害元素，它们在铁素体中固溶比在奥氏体中少；而Cr在这类铁素体中的扩散速度却比在奥氏体中快得多(快两个数量级)。所以即使高温快冷，也能使碳化物或氮化物在晶界析出。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理（4）其他合金的晶间腐蚀镍基合金如NiMo、NiCrMo等，也有晶间腐蚀敏感性。这是因为沿晶界析出Ni7Mo6、MoC、Cr6C及相，造成晶界贫Mo或贫Cr，在一定腐蚀介质中产生晶间腐蚀。晶间腐蚀的影响因素晶间腐蚀的影响因素(1)加热温度和时间 TTS（TemperatureTimeSensitivity）曲线温度时间敏化曲线18Cr9Ni不锈钢晶界Cr23C6沉淀与晶间腐蚀的关系0.05%C、1250固溶，H2SO4CuSO4溶液 温度850以上时，不产生晶间腐蚀；温度在600700之间晶间腐蚀严重；温度低于600，晶间腐蚀减弱；温度低于450难于晶间腐蚀。（2）合金成分1C：奥氏体不锈钢中含碳量越高，产生晶间腐蚀倾向的加热温度和时间范围扩大，晶间腐蚀倾向越大。2Cr、Mo、Ni、Si：Cr、Mo含量增高，可降低C的活度，有利于减轻晶间腐蚀倾向；Ni、Si等非碳化物形成元素降低C在奥氏体中的溶解度，促进C的扩散和碳化物的析出。3Ti、Nb：Ti和Nb是非常有益的元素。Ti和Nb与C的亲合力大于Cr与C的亲合力，因而在高温下能先于Cr形成稳定的TiC和NbC，从而大大降低了钢中的固溶C量，使Cr23C6难以析出。4B：在不锈钢中加入0.0040.005%的B可降低晶间腐蚀的敏感性，这可能是B在晶界的吸附减少了C、P在晶界的偏聚之故。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理防止焊缝处晶间腐蚀的措施有防止焊缝处晶间腐蚀的措施有：采用超低碳或足够稳定化的不锈钢，对一般奥氏体不锈钢采用固溶处理，而对稳定型不锈钢采用稳定化处理，改进焊接工艺，采用超低碳、高Nb含量和双相焊条等等。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理2 2.2.5.2.5应力腐蚀应力腐蚀（SCC）由残余或外加拉应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程称为应力腐蚀。应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%SCC发生条件发生条件金属和合金发生SCC要求同时具备三个基本条件:敏感材料、特定腐蚀介质和拉应力1敏感金属或合金：几乎所有的金属或合金在特定的介质中有一定的SCC敏感性。2特定腐蚀介质：每种金属或合金只对某些特定的介质有SCC敏感性，并不是 任何介质都能引起SCC 通常合金在引起SCC的环境中是钝态的材 料介 质低碳钢NaOH溶液、硝酸盐溶液、含H2S和HCl溶液、碳酸盐、磷酸盐高强钢各种水介质、含痕量水的有机溶剂、HCN溶液奥氏体不锈钢氯化物水溶液、高温高压含氧高纯水、连多硫酸、碱溶液铝合金熔融NaCl、湿空气、海水、含卤素离子的水溶液、有机溶剂铜和铜合金含NH4+的溶液、氨蒸汽、汞盐溶液、SO2大气、水蒸汽钛和钛合金发烟硝酸、甲醇（蒸汽）、NaCl溶液（290）、HCl（10，35）、H2SO4（67）、湿Cl2（288，346，427）、N2O4（含O2，不含NO，2474）镁和镁合金湿空气、高纯水、氟化物、KClK2CrO4溶液镍和镍合金熔融氢氧化物、热浓氢氧化物溶液、HF蒸汽和溶液锆合金含氯离子水溶液、有机溶剂一些金属和合金产生一些金属和合金产生SCC的特定介质的特定介质 3.受拉伸应力的作用：发生SCC的金属或合金必须受到拉应力的作用，应力来源：工作状态下材料承受外加载荷造成的工作应力；在生产、制造、加工和安装过程中在材料内部形成的热应力、形变应力等残余应力；裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用；阴极反应形成的氢进入金属内部后产生的应力。压应力能阻止和减缓应力腐蚀，金属或合金表面在某些情况下压应力能产生SCC，但与拉应力相比，危险性小得多。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。应力腐蚀开裂的特征应力腐蚀开裂的特征1SCC属于滞后破坏:材料在拉应力和腐蚀介质共同作用下，需要经过一定时间裂纹形核、裂纹亚临界扩展，并最终达到临界尺寸后，发生断裂。孕育期：裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，约占整个SCC时间的90左右。裂纹扩展期：裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间。快速断裂期：裂纹达到临界尺寸后，受纯力学的作用，裂纹失稳瞬间断裂。2.SCC的裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型：裂纹发展的途径取决于材料与介质，同一材料因介质变化，裂纹途径也可能改变；裂纹起源于表面；裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向；裂纹一般呈树枝状。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。3.裂纹扩展速度:一般为106103mm/min，比均匀腐蚀快约106倍，仅为纯机械断裂速度的1010。4.低应力的脆性断裂:断裂前通常没有明显的宏观塑性变形，大多数条件下是脆性断口。断口表面颜色暗淡，可见腐蚀坑和二次裂纹，穿晶微观断口往往具有河流花样、扇形花样、羽毛状花样等脆性断口形貌特征；晶间显微断口呈冰糖块状。SCC机理1：阳极溶解机理 在发生SCC的环境中金属表面通常被钝化膜覆盖，金属不与腐蚀介质直接接触。当钝化膜遭受局部破坏后，裂纹形核，并在应力作用下裂纹尖端沿某一择优路径定向活化溶解，导致裂纹扩展，最终发生断裂。应力腐蚀阳极溶解机理：膜破裂裂纹尖端基体溶解断裂（1）膜局部破裂导致裂纹形核：钝化膜在电化学作用、机械作用等发生局部破坏或膜的缺陷，使裂纹形核:（a）电化学作用:通过点蚀或晶间腐蚀等局部腐蚀来诱发SCC裂纹的。当有点蚀坑和晶间腐蚀形成时，在应力的作用下从点蚀坑底部和晶间部位可诱发SCC裂纹。若腐蚀电位处于活化钝化或钝化过钝化的过渡电位区间，由于钝化膜不稳定，SCC裂纹容易在材料表面较薄弱的部位形核(如晶间)。（b）机械作用：膜的延展性或强度较基体金属差，受力变形后局部膜破裂，诱发SCC裂纹。（c）缺陷和膜内的亚微观裂纹：金属表面钝化膜的缺陷及膜内的亚微观裂纹均可能是SCC裂纹形核之处。（2）裂纹扩展（裂尖定向溶解阶段）：裂纹形成后，特殊的几何条件构成了一个闭塞区。裂纹内部形成了“闭塞电池闭塞电池”，并进而在裂纹尖端和裂纹壁之间形成了“活化钝活化钝化腐蚀电池化腐蚀电池”，创造了裂尖快速溶解并自催化自催化的电化学条件。应力和材料的不均匀性为快速溶解提供了择优腐蚀的途径。预存活性途径和应变产生的活性途径导致沿晶和穿晶SCC裂纹扩展。（3）断裂（纯机械断裂阶段）：在SCC裂纹扩展到临界尺寸时，裂纹失稳而导致纯机械断裂。SCC机理2：氢致开裂机理应力腐蚀过程中往往会有氢产生，所产生的氢对那些氢脆比较敏感的材料，如超高强度钢等，则足以导致氢致开裂；而对那些氢脆不敏感的材料，氢则会促进其腐蚀速度或应力腐蚀开裂敏感性。88奥氏体不锈钢应力腐蚀的穿晶断口 Cl-引起的解理断口800100090应力腐蚀中常见的沿晶断口应力腐蚀中常见的沿晶断口冰糖状冰糖状50 91200 92200 93500 应力腐蚀裂纹的形貌特征应力腐蚀断口的形貌特征应力腐蚀裂纹的形貌特征 穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口 应力腐蚀裂纹的形貌特征第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时，则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。因此，由于应力腐蚀开裂而失效的管道的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理预防应力腐蚀断裂的措施预防应力腐蚀断裂的措施（一）选材。根据材料使用环境，尽量避免使用对应力腐蚀敏感的材料；（二）消除应力。在设计设备结构时要力求合理，尽量减少应力集中和积存腐蚀介质，在加工制造设备时，要注意消除残余应力，可通过热处理、表面喷丸等方法消除残余应力；（三）减轻腐蚀。改善环境，降低环境的SCC敏感性：控制或降低有害的成分；腐蚀介质中加入缓蚀剂；改变电位、促进成膜；电化学保护：可以通过控制电位进行阴极保护或阳极保护防止SCC的发生。涂层：使用有机涂层可将材料表面与环境分开，或使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层，都可减少材料SCC敏感性。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理及机理几种常见的应力腐蚀几种常见的应力腐蚀2.2.5.12.2.5.1碱脆碱脆碱脆是指金属在拉应力和介质中的NaOH共同作用下产生的阳极溶解型开裂。碱应力腐蚀开裂主要在碳钢和低合金钢设备上出现。碱应力腐蚀裂纹主要产生在晶间。碳钢和低合金钢的碱腐蚀开裂敏感性主要由碱液的浓度、金属温度和拉应力水平所决定。碱应力腐蚀开裂一般需要长达几年时间后才会出现，但如果增加碱液浓度或金属温度以加速开裂速度则也有可能在几天内发生 碳钢在金属温度小于46时不会出现腐蚀性开裂。在46到82范围之间，开裂敏感性是碱液浓度的函数。超过82，开裂敏感性也是碱液浓度的函数。碱浓度（wt）超过2%时，就有可能发生应力腐蚀开裂。碱浓度（wt）超过5%时，发生碱应力腐蚀开裂的概率非常大。碱浓度小于5%时开裂敏感性相对较低，但是如果存在局部碱液浓缩条件则开裂的敏感性显著增加。q碱脆是一种表面起始开裂的应力腐蚀开裂形式，发生在暴露在碱中的设备管道上，尤其是靠近未焊后热处理的焊缝附近。q碳钢，低合金钢，300系列最易发生。镍基合金较耐蚀。碱脆碱脆 管束和管板之间的碱浓缩造成的锅炉管板开裂和管板裂纹 碱洗涤器下游的吸鼓中未经PWHT的管线的碳钢承插焊缝上起始的碱开裂 某一苛性碱夹带异常条件下的蒸汽透平的不锈钢膨胀波纹管管内裂纹形态碱应力腐蚀开裂碱应力腐蚀开裂(碱性脆化碱性脆化)q影响因素）敏感性与NaOH和KOH碱浓度、金属温度和应力状况有关。）由于浓缩，开裂在低的碱含量下也会发生。50到100ppm的碱浓度就足以引起开裂。）焊接或冷加工（如弯曲和成型）导致的残余应力，或者外加应力。）低于屈服应力的条件下很少发生失效。）扩展速度随温度增加很快，可在几小时或几天内穿透整个壁厚，尤其在碱浓缩的条件下。浓缩的发生条件有：干湿交替、局部热点或高温吹汽。）必须注意未热处理的碳钢设备管线的伴热蒸汽管的设计和吹汽。q主要发生的部位）处理碱的设备管道，包括脱H2S和硫醇装置及硫酸烷基化和HF酸烷基化装置中使用碱中和的设备。）伴热不正确的设备管线及加热盘管）处理碱的管道经过蒸汽吹扫后可能会碱脆。损伤外观或形貌）发生焊缝并行的母材，也可发生在焊缝和热影响区。）有时是蜘蛛网状的小裂纹，通常起始于焊接缺陷。）是非常细小的充满氧化物的晶间网状裂纹。）300系列的开裂主要是穿晶的，很难和氯化物SCC区别开来。碱应力腐蚀开裂碱应力腐蚀开裂(碱性脆化碱性脆化)q预防与减缓）碳钢621热处理是有效的。）00系列比碳钢的耐开裂性能好不了多少。）镍基合金更耐开裂。）避免对未热处理的碳钢管线和设备进行蒸汽吹扫。蒸汽吹扫前应水洗，或只能使用低压蒸汽进行短时间吹扫。）要正确的设计和注入系统的操作，保证碱在进入高温原油预热系统前得到正确的分散。碱应力腐蚀开裂碱应力腐蚀开裂(碱性脆化碱性脆化)2.2.5.22.2.5.2在液氨中的应力腐蚀在液氨中的应力腐蚀同同时时具具备备以以下下条条件件的的属属氨氨应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂的的典典型环境：型环境：1）介质为液态氨，其中的含水量低于0.2%并有可能受到O2或CO2的污染；2）介质温度高于-5。对碳钢和低合金钢而言，液氨中加入0.2%的水可起到缓蚀作用，从而可基本上避免断裂的发生，但对抗拉强度高于800MPa的调质高强钢，加水不能完全抑制裂纹的产生。氨应力腐蚀裂纹属阳极溶解型，并一般是穿晶形式扩展。2.2.5.32.2.5.3在在CO-CO2-H2OCO-CO2-H2O环境中的应力腐蚀开裂环境中的应力腐蚀开裂 机理：CO2溶于水后生成碳酸，pH值下降致 3.3，再通入CO可起缓蚀剂的作用阻止了全面腐蚀的发生；应力导致滑移形成台阶，新鲜金属暴露，成为阳极，吸附CO的表面成为阴极，阳极发生溶解，应力腐蚀开裂发生2.2.5.42.2.5.4氯化物应力腐蚀氯化物应力腐蚀开裂（开裂（CISCC CISCC）ClSCC一般发生在金属温度高于（65）的情况下。对ClSCC最敏感的是含Ni 8%的奥氏体不锈钢（如300SS系列，304，316等）。氯化物SCC的微观形貌呈典型的穿晶及多分支特征。但有过沿晶应力腐蚀开裂的报道。关于氯化物应力腐蚀开裂的5种假设 1）吸附理论氯离子吸附在裂纹尖端 2）电化学理论阳极溶解 3）膜破坏理论钝化膜破损，局部溶解 4）腐蚀产物契入理论腐蚀产物契入裂纹尖端 5）氢脆理论氢致开裂（马氏体不锈钢，形变诱导马氏体）裂纹特征裂纹特征裂纹特征裂纹特征 1、起自于不锈钢表面且分布具有明显的局部性；2、裂纹的走向与所受应力，特别是与残余应力有密切关系；3、裂纹常呈龟裂和风干木材状，裂纹附近没有塑性变形；4、应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型，但也多见沿晶型和穿晶+沿晶混合型；裂纹的宽度较小；断口形貌断口形貌断口形貌断口形貌 应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂。断口的微观形貌，穿晶型多为准解理断裂，并常见河流，扇形，鱼骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花样。q300系列和一些镍基合金在拉伸应力、温度和含氯化物水溶液的共同作用下的环境开裂。溶解氧的存在增加了开裂的可能性。q所有300系列都敏感。双相钢耐蚀，镍基合金更耐蚀。q影响因素）氯化物含量、pH、温度、应力、氧的存在和合金成分。）温度和氯离子含量增加，开裂的敏感性增加。）没有最小氯离子限制，因为氯离子会发生浓缩。）传热条件会明显增加开裂的敏感性，因为它们会造成氯离子浓缩。干湿或蒸汽和水的交替变换也会有助于开裂。）SCC通常发生在pH高于2的环境。在低pH值，通常均匀腐蚀为主。在碱性pH区域，SCC的倾向降低。）开裂通常发生在金属温度高于60环境。）应力可以是外加的，也可以是残余的。高应力或冷加工的部件，如膨胀波纹管，开裂的可能性十分高。）水中溶解的氧通常会加速SCC。）敏感性最高的是含镍8%到12%。Ni含量高于35%，其耐蚀性十分高，高于45%基本不被腐蚀。10)低镍不锈钢，如双相钢，耐蚀性比300系列要高，但也会被腐蚀。11）碳钢、低合金钢和400系列对氯化物SCC不敏感。q损伤外观或形貌损伤外观或形貌 ）裂纹的特征是有许多分支，目测可以发现表面龟裂现象。）分叉的穿晶裂纹，有时敏感的300系列还发现晶间裂纹。）300系列的焊缝含有一些铁素体，通常更耐氯化物SCC。）破裂的表面通常有一个脆性的外观。q预防与减缓预防与减缓 ）用含氯化物低的水试压，并尽快干燥。）正确的保温层下涂层。）避免允许有氯化物可能聚集或沉积的停滞区的设计。）300系列热处理后有可能敏化，增加变形、连多硫酸应力腐蚀敏感性和再热开裂。232蒸汽环境下操作的316L管束的壳程侧开裂，蜘蛛网状的开裂外观细小的分支裂纹 穿晶开裂模式2.2.5.52.2.5.5连连多硫酸应力腐蚀开裂多硫酸应力腐蚀开裂 在连多硫酸环境下，一些敏感材料（如18-8不锈钢）在敏化热处理或类似敏化温度的焊接热影响区局部区域，会由于晶界敏化，从而使材料晶间迅速腐蚀和开裂。裂纹总是在晶间出现和发展并且只需要相对较低的拉应力水平。1）奥氏体不锈钢设备在运行过程中由于硫化氢（H2S）的腐蚀在表面生成硫化铁（FeS）。2）停工、降温并打开设备后大气中的水分和氧与腐蚀产物接触反应生成连多硫酸，反应式为：3FeS+5O2 Fe2O3FeO+3SO2SO2+H2O H2SO3H2SO3+1/2O2 H2SO4H2SO4+FeS FeSO4+H2SH2SO4+H2S mH2SxO6+nS 中碳或高碳奥氏体不锈钢如（304/304H和316/316H）的焊接热影响区对SCC特别敏感。低碳含量（0.03%）在低于427 情况下SCC的敏感性较低。含有稳定化元素的奥氏体不锈钢如321（含Ti）和347（含Nb）经稳定化热处理后对PTA的SCC敏感性较低。q在停工期间设备表面的硫化物垢、空气和水形成连多硫酸，作用在敏化的奥氏体不锈钢的焊缝或高应力区引起的开裂；开裂可能在短短几分钟或几小时内迅速扩展穿过管道和部件的壁厚。q300系列，合金600/600H和合金800/800H受影响。q预防与减缓）停工过程或停工后立即用碱或苏打水溶液冲洗设备以中和含硫酸，或在停工中用干燥的氮气或氮气/氨保护，以防止接触空气。）加热炉，保持燃烧室到大气露点温度以上。）如果在538中暴露几小时或长期在400以上操作，L级别也会发生敏化。）添加少量的Ti和Nb来提高耐PASCC的能力。常用用化学稳定级别（321和347，镍基合金825和625）。）ASTM规范允许轧制产品在稳定状态而不是溶液退火状态下交货。这种热处理可以降低潜在的敏化问题，尤其是321。）焊缝进行稳定化处理（899）。连多硫酸应力腐蚀开裂连多硫酸应力腐蚀开裂染色渗透检验表明焊缝周围存在大量的裂纹 晶间开裂和晶粒脱落 304不锈钢催化剂回收管线和法兰的PT检查靠近法兰的催化剂回收线的横截面显示在焊缝HAZ区有裂纹，第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理2.2.62.2.6氢损伤氢损伤氢对钢铁材料的危害性较大氢渗透进入金属内部而造成的金属性能劣化称为氢损伤，也叫氢破坏。分为四种类型：氢鼓包、氢脆、脱碳和氢腐蚀。金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的断裂，统称为氢脆断裂或氢致开裂。钢中氢的来源主要为下列三个方面：冶炼过程中溶解在钢水中的氢，在结晶冷凝时没有能即时逸出而存留在钢材中；焊接过程中由于水分或油污在高弧高温下分解出的氢溶解入钢材中；设备运行过程中，工作介质中的氢进入钢材中。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理氢鼓泡：氢鼓泡：因氢在钢板分层处聚集引起的；127低强度钢在湿H2S环境中的氢鼓泡湿硫化氢引起的氢致开裂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。特点是不需外加应力的诱导。129低碳钢在湿硫化氢环境中出现氢致开裂的金相照片第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理氢脆氢脆不论以什么方式进人钢内的氢，都将引起钢材脆化。即延伸率、断面收缩率显著下降高强度钢尤其严重。若将钢材中的氢释放出来（如加热进行消氢处理），则钢的机械性能仍可恢复。氢脆是可逆的。H2S-H2O 介质常温腐蚀碳钢管道能渗氢，在高温高压临氢环境下亦能渗氢；在不加缓蚀剂或缓蚀剂不当的酸洗过程能渗氢，在雨天焊接或在阴极保护过度时亦会渗氢。钛材的氢脆敏感性也很强。第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机第二节、压力管道的腐蚀的主要形式及机理理氢脆断裂机理：当钢中存在氢，而应力大于某一临界值时，就会发生氢脆断裂。氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程。脆断应力可低达屈服极