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壓力容器常見的電化學腐蝕類型

更新時間:2020-07-03 15:48:59 星期五
摘要:

1.點蝕 表面生成鈍化膜而具有耐蝕性的金屬和合金,一旦表面膜被局部破壞而露出新鮮表面后,這部分的金屬就會迅速溶 […]

1.點蝕

表面生成鈍化膜而具有耐蝕性的金屬和合金,一旦表面膜被局部破壞而露出新鮮表面后,這部分的金屬就會迅速溶解而發生局部腐蝕。結果是金屬表面出現針狀或點狀,有一定深度的小孔,稱為點蝕。

點蝕的腐蝕機理是在中性溶液中的離子(例如Cl-)作用于表面鈍化膜,表面膜受破壞,因而發生點蝕。組織、夾雜物等金屬構造上的不均勻部分易成為點蝕源。

減少點蝕傾向的措施有:

①選擇抗點蝕性能的材料,例如含鉬的不銹鋼;

②焊接表面進行酸洗鈍化;

③結構設計中要避免死角,盡量使介質不處在靜態。

 

2.縫隙腐蝕

浸在腐蝕介質中的金屬構件,在縫隙和其他隱蔽的區域內常常發生強烈的局部腐蝕,這種現象稱為縫隙腐蝕。這類腐蝕常和孔穴、墊片底面、搭接縫、表面沉積物以及螺栓棍和鉚釘下的縫隙積存的少量靜止溶液有關。不銹鋼對縫隙腐蝕特別敏感。減少縫隙腐蝕傾向的措施同點蝕。

 

3.點偶腐蝕

電偶腐蝕實質上是由兩種不同的電極構成的宏觀原電池的腐蝕。當兩種不同金屬浸在導電性的溶液中時,兩種金屬之間通常存在著電位差,如果這些金屬互相接觸(或用導線連通》,該電位差將使電子在金屬間流動。耐蝕性差的金屬成為陽極,腐蝕增加,而耐蝕性好的金屬則為陰極,腐蝕減輕。這類形態稱為電偶腐蝕。

在工程技術中。采用不同金屬的組合幾乎是不可避免的。因此,人們在選擇材料時,迫切要求了解某兩種金屬材料直接接觸,在實際使用中發生電偶腐蝕的程度如何,可進行實驗測定或根據電偶序確定。

減少電偶腐蝕傾向的措施有:

①盡量選用電位差小的金屬的組合;

②避免小陽極,大陰極,減緩腐蝕速率;

③用涂料、墊片等使兩種金屬之間絕緣;

④采用陰極保護法。

 

4.晶間腐蝕

金屬的晶界非?;顫?,在晶界或鄰近區產生局部腐蝕,而晶粒的腐蝕則相對很小,這就是晶間腐蝕。晶間腐蝕使金屬碎裂(晶粒脫裂),同時便金屬喪失強度。晶間腐蝕是由晶界的雜質或晶界區某一合金元素的增多或減少而引起的。

 

5.應力腐蝕開裂

金屬在應力與腐蝕介質共同作用下產生的破裂,稱為應力腐蝕破裂(SCC)。

影響應力腐蝕破裂的重要變量是溫度、介質成分、材料成分和組織結構、應力。破裂方向一般與作用應力垂直。應力增大,則發生破裂的時間縮短。應力來源于外加應力、焊接和冷加工等產生的殘余應力、熱應力等。

 

6.氫致開裂

氫致開裂的機理:當鋼浸漬在含硫化氫的環境中,因腐蝕而產生的氫便滲入鋼中,原子狀氮擴散到達非金屬夾雜物等界面,在其缺陷部位轉變為分子氫,提高了空洞的內壓,其壓力可達104MPa。在壓力作用下,沿夾雜物或偏析區呈線狀或臺階狀擴展開裂。

在煉油工業的汽油穩定蒸餾塔頂冷凝器、加氫脫硫裝置的成品冷卻器、汽提塔塔頂冷凝器及油田集輸油管線,由于碳鋼及低合金鋼暴露在含硫化氫的環境中時,因腐蝕而生成的氫侵入鋼中,局部聚集,致使在鋼材軋制方向引成臺階狀開裂的現象。氫致開裂另一種表現為鼓泡。

 

7.氫腐蝕和高溫氫損傷

合成氨和石油加氫裂化裝置中的一些容器,工作溫度高達數百攝氏度,壓力高達數十兆帕,介質中氫氣分量較高。這類容器,如果設計、制造或使用不當就有可能因氫的腐蝕而導致破裂。氫腐蝕發生在高溫高壓臨氫環境中,由于進人鋼中的氫的作用,導致材料的化學成分變化、組織改變、力學性能劣化、并產生大量裂紋。解釋鋼的氫腐蝕的理論有多種,其中比較有說服力的理論是:高溫高壓的氫進人鋼中與滲碳體相互作用,生成甲烷,使鋼脫碳。因為鋼的主要強化相滲碳體被氫還原了,所以強度大為降低。

氫腐蝕脫碳現象有兩種形式:一是氫和鋼表面的碳化合生成甲烷,引起鋼表面脫碳;二是氫滲透到鋼內部,與滲碳體反應生成甲烷。生成的甲烷不能從鋼中擴散出去,而是聚集在晶界上,在某些位置形成壓力很高的氣泡,氣泡的數目和尺寸隨時間的增長而增加,氣泡擴大和相互連接的結果形成出現在晶界上的裂紋。

影響氫腐蝕的因素主要有:溫度、氫分壓、合金成分、應力等。一般情況下,碳素鋼在200℃以上的高壓氫環境中才會發生氫腐蝕。鋼中加入鉻、釩、鎢等能形成穩定碳化物的元素,可提高鋼抗氫腐蝕的能力。奧氏體不銹鋼具有很好的抵抗氫腐蝕性能。

 

8.腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是由交變應力和腐蝕的共同作用引起的破裂。許多振動部件如泵的軸和桿、螺旋漿軸油氣井管,以及由于溫度變化產生周期熱應力的換熱器管和鍋爐等,都容易產生腐蝕疲勞。

腐蝕疲勞損傷有如下特征:

①材料抗疲勞性能降低;

②腐蝕疲勞性能與循環加載的頻率和波形強烈相關,通常說來,循環加載的頻率越低,每一循環應力與環境的共同作用時間愈長,腐蝕疲勞便愈嚴重;

③壓力容器的鋼制受壓元件在產生腐蝕疲勞時,對表面微觀幾何特性以及機械應力集中不敏感或較少敏感;

④腐蝕疲勞在宏觀上也表現出與常規疲勞不同的特征。在腐蝕疲勞條件下,往往同時有多條疲勞裂紋形成,并沿垂直于拉應力的方向擴展。

腐蝕疲勞與應力腐蝕的根本區別在于,一是載荷(拉應力)在應力腐蝕中基本上是恒定的而腐蝕疲勞是交變的;二是應力腐蝕通常發生在敏感的材料和特定的環境條件下,不是所有的材料在拉應力和腐蝕介質中都發生應力腐蝕破裂,與應力腐蝕相比,腐蝕疲勞沒有這種選擇性,幾乎所有的金屬在任何腐蝕環境中都會產生腐蝕疲勞。

 

9.腐蝕磨損

流體對金屬表面同時產生磨損和腐蝕的破壞形態稱為磨損腐蝕。一般是在高速流體的沖擊作用下,使金屬表面的保護膜破損,破損處的金屬被加速腐蝕。高流速和湍流狀的流體,如果其中還含有氣泡或固體粒子,磨損腐蝕就會十分嚴重。外表特征是:呈局部性的溝潛、波紋、圓滑或山谷形,通常顯示方向性。

減少磨損腐蝕傾向的措施有:

①合理選材,選擇時應首先考慮材料的耐蝕性,其次考慮材料的耐磨性;

②在介質中添加緩蝕劑,過濾懸浮固體顆粒,降低操作溫度;

③在設計時考慮降低流速、減少湍流,加厚易損部位和使其易于拆換補修;

④采用堆焊耐蝕的硬質金屬,采用犧牲陽極等方法。

 

10.硫酸露點腐蝕

以重油或含硫瓦斯為燃料的鍋爐和工業加熱爐,常由于煙氣中生成的硫酸在空氣預熱器、煙道等溫度較低處凝聚而引起腐蝕,因此,這種現象被稱為硫酸露點腐蝕。

作為燃料使用的重油中,通常含有2%~3%的硫化物,由于燃燒而生成SO2,大約有1%~2%的SO2受煙灰和金屬氧化物等的催化作用,生成SO3。它再與燃燒氣體中所含的水分(約5%~10%)結合生成硫酸,于煙氣露點溫度附近或以下,在金屬表面凝結成硫酸溶液,腐蝕金屬。

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