材料及耐腐蚀性能2010

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1、材料及耐腐蚀性能(一) 铸铁/碳钢/低合金钢赵志农 铸 铁 l铸铁是含硅的高碳铁合金,碳含量一般大于 2% , 硅含量在1% 3% 之间, 是工业最主 要的铸造材料。l通常按合金化程度可分为普通铸铁和合金 铸铁两大类。普通铸铁又分为灰口铸铁 /白 口铸铁 /球墨铸铁 /可锻铸铁。l合金铸铁按其用途可分为耐蚀铸铁、耐热 铸铁和耐磨铸铁。l耐蚀铸铁有:高硅铸铁 /高铬铸铁 /高镍铸铁 铸铁材料的应用碳钢l含碳量小于1.7% 的铁碳合金。有 低碳钢、中碳钢和高碳钢。低、中 碳钢主要用于各种钢结构, 因此也 可称为结构用钢; 高碳钢主要用来 制造各种工具。碳钢/低合金钢(结构钢)l（CS ）Q245

2、(Q235-A, Q235-B, Q235-C,20G,20R,10,20) ,l25,35,45l（low alloy steel and structure steel)：Q345(16MnR, 15MnVR, 15MnVNR), 18MnMoNbR， 13MnNiMoNbR碳钢/低合金钢碳钢/低合金钢冲击功碳钢/低合金钢伸长率低合金钢l l合金元素总量小于合金元素总量小于3.5% 3.5% 的合金钢叫低的合金钢叫低 合金钢。耐蚀低合金钢主要有合金钢。耐蚀低合金钢主要有l l 耐大气腐蚀耐大气腐蚀; ;l l 耐海水腐蚀耐海水腐蚀; ; l l 耐硫酸露点腐蚀耐硫酸露点腐蚀; ;l l 耐

3、硫化物腐蚀耐硫化物腐蚀; ;l l 抗氢钢等低合金钢。抗氢钢等低合金钢。表1 常用碳钢的化学成分和机械性能锅炉和压力容器用钢板化学成分力学性能力学性能钢在蒸汽系统的腐蚀l蒸汽系统的设备所接触的介质是锅炉 给水、干湿蒸汽、冷凝液。通常, 锅炉 给水需经过严格的处理, 包括脱盐、脱 氧(使氧在低压锅炉中减少到0.03m g/L , 在高压锅炉中减少到0.005 m g/L )。根据现场使用经验, 在蒸汽系统中, 碳钢(C0.30) , 温度400,使用寿命 可达25 30a。 钢在蒸汽系统的使用范围l根据钢在蒸汽系统中现场使用经验，各种 钢的使用范围：l(1) 碳钢（C0.35）：温度400。l(

4、2) 碳-钼钢（C0.25，Mo0.5）：温 度450，耐蚀。l(3) 铬-钼钢 1(1/4) Cr Mo钢:温540，2(1/4) Cr Mo钢:温570，耐蚀，并 可用于焊接结构。钢在酸溶液中的腐蚀l一般来说, 碳钢在酸溶液中是不耐腐蚀的。l 氢氟酸: 低碳钢在室温低浓度的氢氟酸中腐蚀 很快; 当浓度达到70% 时, 低碳钢则可安全使用, 在无水氢氟酸中, 碳钢极为耐蚀。l 硫酸: 低碳钢在稀硫酸中是不耐蚀的; 在78% 98% 的硫酸和发烟硫酸中, 低碳钢被广泛用来 制造贮槽、管线、槽车等设备。由于浓硫酸具有 吸湿性，暴露于湿空气中会“自稀释”。当浓硫酸 贮槽放空后，会因壁上的硫酸膜稀释

5、引起腐蚀加 速。硫酸露点腐蚀l采用高硫重油或煤炭作为燃料的锅炉, 烟气中常含有SO2 或SO3。在锅炉的 低温部位如省煤器, 空气预热器, 集尘 器, 烟道, 烟囱等, 温度低于硫酸气露点 时, 由SO3 和水气作用生成的H2SO4 就会凝结, 附着在设备的表面, 引起钢 材腐蚀, 这就是硫酸露点腐蚀。其实质 就是硫酸腐蚀。耐硫酸露点腐蚀用钢我国研制的ND钢（09CrCuSb）最突出的 特点是具有强的抗硫酸露点腐蚀的能力。ND 钢一般被用于制造省煤器、热交换器、空气 预热器等CSiMnCrCuSbSP 0.120.20 0.401.35 0.651.70 2.101.25 0.451.04 0

6、.10 0.035 0.035ND钢（09CrCuSb）的化学成分碳钢与低合金钢的开裂l1 钢在碱溶液中产生的应力腐蚀破裂l2 胺腐蚀开裂破坏l3 硝酸盐腐蚀破裂 l4 氨液引起碳钢的应力腐蚀破裂l5 H2S 应力腐蚀破裂l6 碳酸盐腐蚀破裂钢在碱溶液中的腐蚀l钢在碱溶液中产生的应力腐蚀破裂， 简称碱脆。l在热浓碱溶液中钢铁表面的保护膜会 破坏，腐蚀速率变得较高。碱液通氧 ，存在CO2或氯化物以及提高温度， 都会加速碳钢的腐蚀。l氨水中OH浓度虽比苛性碱溶液要弱 得多，各种钢材可广泛用于贮存和处 理无水氨或氨水溶液。钢在碱溶液中产生的破裂l水处理过程中加入钠盐，使水含有NaOH 。在缝隙和胀管

7、端头部位，由于水的蒸 发造成碱的浓缩，使碱液浓度达到相当 高。加上应力集中，使此处的金属受到 很高的局部应力。碱液的温度高也促使 钢应力腐蚀破裂。 钢在碱溶液中产生的破裂l碱脆不仅与碱的浓度有关，还与碱溶 液的温度有关。l碱脆开裂主要是晶间型，也有混合型 。l腐蚀电位处于活化-钝化过渡电位区， 在此电位区内能造成晶界活化而晶粒 本体继续钝化的条件，因而产生晶间 腐蚀破裂。碱脆的机理与影响因素碱脆的机理与影响因素碱脆的机理与影响因素防止钢产生碱脆的方法l低碳钢中加入铝、钛（0.20.7）、 铌、钒、铬、稀土金属（0.2以下） 可以减弱甚至消除钢对碱脆的敏感性 。低碳钢在500以上进行保温热处理

8、，可以显著降低钢在沸腾的34NaOH 溶液中的碱脆敏感性。 l降低操作温度, 消除造成碱液浓缩的区 域,减小金属所受的应力：采用合理的 水处理技术和采用合适的缓蚀剂等。胺腐蚀开裂破坏l胺腐蚀开裂一般在使用烷醇胺水溶液 从各种气体中或碳氢化合物液态流体 中去除诸如H2S或CO2等酸性气体的胺 处理装置中观察到。裂纹主要发生在 晶间，表现为网状细小的充满腐蚀物 的裂纹。l胺腐蚀开裂最常见于乙醇胺（MEA） 和二异丙醇胺(DIPA)装置中，其次出 现在二乙醇胺（DEA）装置中。 胺腐蚀开裂敏感性l在MEA溶液中，在开裂敏感性在15-35%浓 度范围内较高。l开裂一般发生在强碱且含有很低浓度的酸 性气

9、体的贫液中,而不大可能在含有高浓度 的酸性气体的富液中出现开裂。l在高温下，开裂敏感性一般较高，在低温 下,发生在正常运行但有伴热或吹汽的设备 和管道中。 硝酸盐腐蚀破裂 l在氮肥及硝酸盐的工厂低碳钢在浓硝酸盐 中的开裂或断裂的现象，叫作“硝酸盐脆化” ，可简称为“硝脆”。 l硝酸盐是一种氧化剂，发生如下的总反应 ：10Fe+6NO3+3H2O 5Fe2O3+6OH+3N2 l硝脆趋势随着下列顺序而增加: NaNO3、 KNO3、LiNO3、Ca(NO3)2及NH4NO3, 这些 硝盐水解时pH下降而使硝脆趋势增加。碳钢在氨液中的应力腐蚀破裂l碳钢常用来制造液氨储罐、氨水的储 槽和运输容器等。

10、氨中的不纯物对钢 的破裂有重大影响: 氨中溶解的空气( 氧) 促进破裂, 水则是一种缓蚀剂。 对储氨容器, 在制造后进行消除应力 处理, 可以把钢的应力腐蚀破裂危险 性减到最小程度。H2S 应力腐蚀破裂l油气中含有H2S 对钢产生腐蚀常常导致断 裂事故。称为硫化物应力腐蚀开裂。破裂 最敏感温度为2050。 l钢材焊接后的显微组织对硫化物应力腐蚀 开裂影响很大。马氏体组织最为敏感。为 消除马氏体组织的不利影响, 焊后热处理非 常重要,除高温回火处理外, 还可采用长时间 的低温回火, 或进行二次回火。也可降低其 含碳量。湿硫化氢环境引起的开裂的复杂性l湿硫化氢环境引起的开裂四种形式各有特 征，但在

11、实际的湿硫化氢环境条件下，往 往是多种形式共存。在实际的失效分析工 作中，上述开裂的四种形式中，更加带有 危险性的开裂形式是SSCC和SOHIC。因为 它们是沿着承压容器和管道的壁厚方向扩 展的，直接减少着承压容器和管道的承载 能力。耐硫化物应力腐蚀破裂用低合金钢 l上海炼油厂与江苏兴澄集团公司联合研制 耐硫化氢应力腐蚀08Cr2AlMo热交换器专用 无缝钢管已经在炼油厂使用。化学成分盐溶液对钢的腐蚀l盐的电离增大了水的导电性，促进孔蚀。 铵盐和三价元素盐（如Cr3+、Fe3+）促进 腐蚀作用最大。lNH4Cl 、 NaCl、Na2SO4、KNO3 溶液与铁 生成可溶性化合物使腐蚀加速；lAl

12、Cl3、MgCl2能水解生成游离酸,腐蚀钢铁 。l当盐的正离子的正电性比铁强时，例如 Cu2+等可与铁发生置换反应，使钢铁受到 腐蚀。l氧化性盐类KSCrO4 ，KMnO4使钢铁钝化：碳酸盐腐蚀破裂l在煤的裂解过程中，出现含有微量或少量 H2S及CN的碳酸盐的应力腐蚀。这种碳 酸盐引起的应力腐蚀与碱脆和硝脆一样， 都是阳极溶解型。l(NH4)2CO3的水溶液有如下的平衡反应：l2(NH4)2CO3NH4HCO3+NH2CO2NH4+NH3+H2O l2 NH4HCO3NH2CO2NH4+2H2O+CO2 l所生成的氨基甲酸铵(NH2CO2NH4)便是液 氨应力腐蚀试验的加速剂。 碳酸盐溶液应力腐蚀 与电位的关系NaOH和NH4NO3中低碳钢的应力腐蚀 与电位的关系谢谢大家！