材料及耐腐蚀性能(一)

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
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(C≤0.30) , 温度≤400℃,使用 寿命可达25～ 30a。
胺腐蚀开裂破坏
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。
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。
硝酸盐是一种氧化剂，发生如下的总反应： 10Fe+6NO3+3H2O—5Fe2O3+6OH+3N2
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
碳钢常用来制造液氨储罐、氨水的储 槽和运输容器等。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。
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H2S 应力腐蚀破裂
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20～50℃。
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 Байду номын сангаас碳量。
材料及耐腐蚀性能(一) 铸铁/碳钢/低合金钢
铸铁
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。
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。
合金铸铁按其用途可分为耐蚀铸铁、耐热 铸铁和耐磨铸铁。
钢在蒸汽系统的使用范围
根据钢在蒸汽系统中现场使用经验，各种 钢的使用范围：
(1) 碳钢（C≤0.35％）：温度≤400℃。 (2) 碳-钼钢（C≤0.25％，Mo0.5％）：温
度≤450℃，耐蚀。 (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。
钢在碱溶液中产生的破裂
碱脆不仅与碱的浓度有关，还与碱溶 液的温度有关。
碱脆开裂主要是晶间型，也有混合型。 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
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
ND钢（09CrCuSb）的化学成分
C Si
≤
0.20
0.12 0.40
Mn Cr
1.35
1.70
0.65 2.10
Cu Sb S P
1.25 1.04 ≤
低碳钢中加入铝、钛（0.2～0.7％）、 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， 可以显著降低钢在沸腾的34％NaOH溶 液中的碱脆敏感性。
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。
硫酸露点腐蚀
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
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)
（CS ）Q245(Q235-A, Q235-B, Q235-C,20G,20R,10,20) ,
≤
0.45 0.10 0.035 0.035
碳钢与低合金钢的开裂
1 钢在碱溶液中产生的应力腐蚀破裂 2 胺腐蚀开裂破坏 3 硝酸盐腐蚀破裂 4 氨液引起碳钢的应力腐蚀破裂 5 H2S 应力腐蚀破裂 6 碳酸盐腐蚀破裂
钢在碱溶液中的腐蚀
钢在碱溶液中产生的应力腐蚀破裂， 简称碱脆。
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。
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
水处理过程中加入钠盐，使水含有 NaOH 。在缝隙和胀管端头部位，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。
胺腐蚀开裂敏感性
在MEA溶液中，在开裂敏感性在15-35%浓 度范围内较高。
开裂一般发生在强碱且含有很低浓度的酸 性气体的贫液中,而不大可能在含有高浓度 的酸性气体的富液中出现开裂。
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
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”。
钢在酸溶液中的腐蚀
一般来说, 碳钢在酸溶液中是不耐腐蚀的。 ① 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。 ② 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引起 腐蚀加速。
25,35,45… （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
合金元素总量小于3.5% 的合金钢叫低 合金钢。耐蚀低合金钢主要有 ① 耐大气腐蚀; ② 耐海水腐蚀; ③ 耐硫酸露点腐蚀; ④ 耐硫化物腐蚀; ⑤ 抗氢钢等低合金钢。
(NH4)2CO3的水溶液有如下的平衡反应：
2(NH4)2CO3—NH4HCO3+NH2CO2NH4+NH3+H2O
2 NH4HCO3—NH2CO2NH4+2H2O+CO2 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
湿硫化氢环境引起的开裂的复杂性
湿硫化氢环境引起的开裂四种形式各有特 征，但在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。
AlCl3、MgCl2能水解生成游离酸,腐蚀钢铁。 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。
氧化性盐类KSCrO4 ，KMnO4使钢铁钝化：
碳酸盐腐蚀破裂
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。
耐硫化物应力腐蚀破裂用低合金钢
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
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。
NH4Cl 、 NaCl、Na2SO4、KNO3 溶液与铁 生成可溶性化合物使腐蚀加速；