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1、1,第一章 金属腐蚀基本原理 第二节 局部腐蚀,2,本节主要内容 概述（局部腐蚀与全面腐蚀的比较） 油气储运系统常见局部腐蚀类型 1.缝隙腐蚀 2.点腐蚀（孔蚀） 3.晶间腐蚀 4.应力腐蚀 5.腐蚀疲劳,3,局部腐蚀与全面腐蚀的比较： 金属腐蚀按腐蚀形态分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类,腐蚀分布于金属整个表面，使金属变薄。,腐蚀电池的阴、阳极面积小，难于区分，且位置变换不定。,电极面积：阳极面积阴极面积。,电位：阳极电位阴极电位腐蚀电位 。,腐蚀产物可能对金属有保护作用。,腐蚀速度易测，工程上可预测和预防。,全面腐蚀（均匀腐蚀）特点：,一、概述,4,腐蚀仅局限或集中在金属的某一特定部位，常以点状
2、、坑、裂纹、沟槽等形式出现。,局部腐蚀特点：,阳极和阴极区是截然分开的，可加以区分和辨别,电极面积：阳极面积阴极面积,电位：阳极电位阴极电位,腐蚀产物：无保护作用,局部腐蚀难于预测和预防，常突然发生破坏，造成事故和人身伤亡,5,管道局部腐蚀图片,（1）,（2）,（3）,（4）,6,全面腐蚀与局部腐蚀对比表,7,局部腐蚀的分类,按照金属发生局部腐蚀时的条件、机理或外露特征，可分为： 电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等,学习思路：机理,特征（影响因素）,控制措施,8,概念：通俗的讲，就是金属与金属或金属与非金属之间形成的缝隙中存在电解质溶液，使得缝内金属与缝外金属
3、构成短路原电池，而产生的一种腐蚀类型。 常发生于法兰连接面、螺母压紧面、管道锈层下金属表面，是一种普通常见的局部腐蚀。,缝隙腐蚀示意图,油气储运系统常见局部腐蚀类型 1.缝隙腐蚀,9,缝隙腐蚀机理,缝内和缝外形成氧浓差电池,缝内金属溶解，金属阳离子增多，吸引缝外负离子移向缝内。,生成的金属盐类水解，降低缝内PH值，加速腐蚀,缝内金属离子进一步过剩促使缝外负离子迁移，再次重复上述过程,缝内金属始终处于活化状态，更加速腐蚀,初期：阳极和阴极反应在金属表面上均匀出现，缝内氧耗尽,机理：氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用的结果。,10,通过上述过程总结得到： 闭塞电池是指由于闭塞的几何条件（缝隙、
4、 孔蚀、裂纹）造成溶液的停滞状态，使物质的迁 移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化，闭塞区 内外电化学条件形成很大的差异，闭塞区内金属 表面发生活性溶解腐蚀，使孔蚀和缝隙腐蚀以很 大的速度扩展。,闭塞电池的概念,11,缝隙腐蚀影响因素,不同金属材料耐缝隙腐蚀的性能不同,缝隙腐蚀的速率和深度与缝隙大小关系密切，一般在一 定限度内缝隙愈窄，腐蚀愈大。,缝隙外部面积大小也会影响其速率，外部面积愈大，缝内腐蚀愈严重。,溶液中氧气的含量、 的多少、溶液pH值和温度等对缝隙腐蚀速率都有影响,溶液的流速对缝隙腐蚀大小也有影响，但要具体分析,讨论：什么情况下腐蚀速度增加，什么情况腐蚀速度减小？,12,在设备、部
5、件的选材上，采用耐缝隙腐蚀的材料，如高钼铬镍不锈钢等。 在设备、部件的结构设计上，应尽量避免形成缝隙和积液的死角区。 若在结构设计上不可能采用无缝隙方案，亦也要使结构能够妥善排流，以便在出现沉积物能及时清除。 螺钉接合结构中可采用低硫橡胶垫片，不吸水的垫片。 如果缝隙难于避免，则采用阴极保护。,缝隙腐蚀的控制,13,用焊接代替铆接和螺纹联接,不良,不良,较好,较好,不良（螺纹联接）,良（钎焊）,14,不良,较好(角焊),最好 (对接焊),不良(间断焊),良(连续焊),选择焊接工艺，避免缝隙,15,不良（垫片空缺）,良（垫片平齐）,不良（垫片突出）,良（垫片平齐）,最好（“O”型密封圈）,垫片的
6、尺寸要适宜,16,环状肋条防止 冷凝液流入法 兰连接缝隙区,可更换的分支管,垫片,套筒,分支管设计使电解液不能 浸透垫片，分支易于更换,保持法兰连接区干燥,17,管板,2.8mm,25.4,3.2mm,容器壁,支管,热电 偶套管,焊接 部位,适当加大热电偶套管和支管 管壁的间隙，避免液体停滞,加大管子和管板的间隙,增大间隙尺寸，消除闭塞自催化条件,18,贮罐,贮罐,裙 边,工字 钢梁,混凝土底座,良,混凝土底座,贮罐的支承,不良,19,混凝 土底座,垫板， 连续密封焊,鞍形 支座,良,最好,混凝土底座,水平容器的支承,20,油气储运系统常见局部腐蚀类型 2.点腐蚀,概念：点腐蚀（孔蚀）是指腐蚀
7、集中于金属表面的很小范围内，并深入到金属内部的孔状腐蚀形态。蚀孔的最大深度与按失重计算的金属平均腐蚀深度之比值称为点蚀系数，点蚀系数愈大表示点蚀愈严重。,21,点腐蚀机理,初期：介质中的活性阴离子吸附在金属表面，破坏氧化膜,形成钝化/活化电池,由于腐蚀电流很大，金属表面腐蚀出现小孔,孔内金属溶解，金属阳离子增多，吸引孔外负离子移向缝内。,生成的金属盐类水解，降低孔内PH值，加速腐蚀,孔内金属离子进一步过剩促使孔外负离子迁移，再次重复上述过程,孔内金属始终处于活化状态，更加速腐蚀,氧化膜的缺陷及活性离子的存在是引起点蚀的主要原因,22,点腐蚀特点,易于生成氧化膜的金属材料表面容易发生深的点蚀，点
8、蚀随着活性阴离子浓度加大而加速。,点腐蚀发生于有特殊离子的介质中 ，如不锈钢对含有卤素离子特别敏感。,腐蚀发生在某一临界电位以上，该电位称为点蚀电位（或击穿电位）。,23,缝隙腐蚀和点腐蚀的比较,思考：缝隙腐蚀和点腐蚀有哪些异同点？,相同点：两者在成长阶段的机理是很一致的都是以形成闭塞电池为前提,不同点： 1.形成过程上有所不同： 缝隙腐蚀：腐蚀前就存在缝隙，腐蚀一开始就是闭塞电池作用。 点腐蚀：通过腐蚀过程形成蚀坑，而后开始闭塞电池作用，加速腐蚀,3.与点蚀相比较，对同一种金属而言，缝隙腐蚀更易发生,4.腐蚀形态上有所不同： 缝隙腐蚀较广而浅，点腐蚀较窄而深。,2.点腐蚀发生需要活性离子(如
9、Cl- 离子)，缝隙腐蚀则不需要，,24,研制和选择耐点蚀的合金，如在奥氏体不锈钢中添加一定的氮或提高钼的含量即可改善耐点蚀的性能。 降低介质中氯离子及氧化剂的含量，并使其浓度均匀。 加入缓蚀剂。 降低介质温度。 用阴极保护方法使金属的电极电位低于临界点蚀电位。,点腐蚀的防止措施,25,油气储运系统常见局部腐蚀类型 3.晶间腐蚀,概念：是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象，是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀。,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。,实例：不锈钢焊件在其热影响区容易引起对晶间腐蚀的敏化
10、。例如炼油厂储罐内安装的不锈钢浮球（计量装置部件，材质为1Cr13），在腐蚀介质的作用下，该球焊缝附近处发生晶间腐蚀,26,1Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀金相图像,1Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀扫描电镜图像,27,晶间腐蚀产生条件： （1）晶粒和晶界区的组织不同，因而电化学性 质存在显著差异。内因 （2）晶粒和晶界的差异要在特定的环境下才能显露出来。（如受热 （如敏化处理）、受力（冷加工形变）等） 。 外因,28,概念： 1.应力腐蚀：由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程 。 2.应力腐蚀开裂：金属在应力与化学介质协同作用下引起的开裂（或断裂）现象 ，简称SCC，是埋地
11、管道腐蚀事故的主要破坏形式之一,油气储运系统常见局部腐蚀类型 4.应力腐蚀,分类：随应力状态不同呈不同的腐蚀破坏形态 ， 可分为：腐蚀疲劳 、冲蚀或空泡腐蚀 、磨蚀或摩耗腐蚀 、氢致开裂,29,应力腐蚀特点： （1）应力腐蚀是与环境因素、力学因素和冶金因素密 切相关的。发生条件：足够大的静应力；特定腐蚀 介质，应力腐蚀断裂具有高度的选择性，只有某些金属 一介质组合，才会发生应力腐蚀断裂,（2）金属在无裂纹，无蚀坑或缺陷的情况下，应力腐蚀断裂过程可分萌生、裂纹扩展、失稳断裂三个阶段,（3）宏观上属于脆性断裂，即使塑性很高的材料也是如此,30,发生SCC的材料介质系统,31,（4）有裂纹分叉现象
12、（5）应力腐蚀裂纹形态有沿晶型、穿晶型和混合型， 视具体合金一环境体系而定。,（6）裂纹方向宏观上和主拉伸应力的方向垂直，微观 上略有偏移。,（7）腐蚀体系电位的影响是应力腐蚀所特有的现象 。 应力腐蚀断裂在三个敏感电位区最易发生,32,应力腐蚀敏感电位区示意图,应力腐蚀在如图所示的阴极保护电位一活化过渡区、活化一钝化电位过渡区，以及钝化一过钝化（再活化）电位过渡区容易发生,33,应力腐蚀机理: 应力腐蚀常见的机理有两种： （1）阳极溶解 ：金属表面的保护膜在应力或活性离 子的作用下易引起破坏，裸露出的基体金属与其余表面 膜构成腐蚀电池，新鲜表面就产生了阳极溶解。,（2）氢致开裂 ：若阴极反应
13、析氢进入金属后，对SCC 起了决定性或主要作用，叫做氢致开裂机理。 工程上发生的应力腐蚀现象以上两种机理都存在 。,34,氢致台阶式开裂,氢鼓泡,35,飞机不锈钢液压管中分叉的SCC裂纹,36,T10钢的沿晶SCC断口 铝合金、低碳钢、高强度钢等材料的SCC断口为沿晶的。 沿晶断口常被轻微腐蚀或被少量腐蚀产物覆盖，以致电镜下沿晶小刻面的平面不光滑、棱角不锐利。,37,概念：金属在腐蚀的环境中与交变应力的协同作用下引起材料的破坏，称为腐蚀疲劳。 在腐蚀环境中疲劳极限不存在，即在低应力下造成断裂的循环次数仍与应力有关，为了便于对各种金属材料耐腐蚀疲劳性能进行比较，以材料在腐蚀疲劳寿命为N时（指应力
14、循环N次时断裂）的疲劳强度来表示腐蚀疲劳特性，该强度称为名义腐蚀疲劳极限,油气储运系统常见局部腐蚀类型 5. 腐蚀疲劳,注意：腐蚀疲劳同纯机械疲劳的区别,38,腐蚀疲劳特点： （1）任何金属（包括纯金属）在任何介质中都能发生 腐蚀疲劳，即不要求特定的材料环境组合。,（2）环境条件（腐蚀介质条件种类、温度、pH、氧 含量等）对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响。,（3）纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频 率有关。,（4）与应力腐蚀破裂相比，腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶 型。,39,腐蚀疲劳机理： 一般是用金属材料的疲劳机理和电化学腐蚀 作用结合来说明腐蚀疲劳的机理。 孔蚀或其他局部腐蚀造成缺口，缝隙，引起 应力集中，造成滑移。滑移台
