金属腐蚀及防护防腐蚀设计

区
Nilonel镍铁铬合金、钨、钼,3.6型不锈钢铁(充气，浓度到10%)。玻璃，酚醛（石棉)塑 料，橡胶（到时170ºF止）、不透性石墨
高硅铁，哈氏合金B及D.Durimet20合金(到150ºF止),铅,铜(不含空气),Worthite铁镍铬合 2 金(到150ºF止)，蒙乃尔合金(不含空气)10%铝青铜(不含空气).镍铸铁(20%以下75ºF)钽, 区 金,银,铂,锆,Nionel镍铁笱合金，钨,钼,316型不锈钢(含空气，75ºF,到25%)玻璃，酚醛(石
第5 (5) 版，由Hammer编篡，分为金属材料分册和非
金
(6) 属材料分册。1985年金属材料分册出了第6版。 (7) 金属分册包括26种金属和合金在1196种腐蚀
介质
(8) 中的腐蚀数据。非金属分册包括36种非金属
选材
铅
800 温 700 度 600 ºC 500 400 300 212 175 125 75
20° C
应用 温度 范围 -4060°
20° C
不耐 温弃 急变
4－5 60-80 20°C 20°C
马丁耐 热湿度 80
选材
几种材料的处理、机械性能（二）
材料
低碳 高硅 低合 铅 钢 铸铁 金钢
性能
抗拉强度 38－ 6－ 75 1.2－
公斤／毫米² 48 12
机 25－ 0
2.3 ＞15 35－
金属腐蚀及防护防腐 蚀设计
1. 耐蚀材料选择
• 选择的依据 ●●设备 （1）设备的用途 （2）加工要求和加工量 （3）设备在整个装置中所占的地位，以及各设
备之间的相互影响 （4）是否易于检查、修理或更换 （5）计划的使用寿命
●●腐蚀环境
（1）介质的种类、浓度、温度、压力、流 速、充气情况等
（2）原料和工艺水中的杂质 ； 设备局部区域(如缝隙、死角)内介质的 浓缩、杂质的富集、以及可能的局部过 热或局部温度偏低； 介质条件变化的幅度 等。
选材
温 325 度
ºC 275 225 175 125 75 60
钢
>200 mpy
200
50~200 mpy
50
20~50 mpy
20
5~20 mpy
5
65 70
75 8 0 85 90 95 100
钢在硫酸中的腐蚀速度
0~5 mpy
105 110
温
选材
400
度
ºC 350
250
200
150
100
9区 18-8型不锈钢,Durimet 20合金,Worthite铁镍铬合金,金铂,玻璃 10区 金.铂.玻璃
• 物理、机械和加工性能
(1) 物理性能：密度、传热性、导电性
(2)
热膨胀系数等。
机械性能：强度、塑性、韧性、等。
加工性能：铸造、切削、焊接性能
等。
选材
几种材料的处理、机械性能（一）
材料 低碳 高硅 低合 不锈 铅 塑料 工业 不透 环氧玻
合成氨系统和石油加氢系统中的设备材料处于高 温高压氢腐蚀或高温高压氢氮氨腐蚀条件，后者 除渗氢引起的鼓泡、开裂以外，还有渗氮引起的 材料脆化。 我国发展的抗氢腐蚀低合金钢和抗氢氮氨低合金 钢，是加入铌、钒、钛、钼等合金元素，以生成 稳定的碳化物和氮化物，减少因氢和碳反应生成 甲烷而造成的脱碳和腐蚀问题。 如10MoWVNb钢。
图 推荐使用
可能有问题
例 不推荐
oF
A＜1个月
212 暴露时间： B＜6个月
C＜12个月
150
D＞12个月
足注 41 推荐使用
42 不推荐
90
55 可能有问题
50 增重
70
60 冰醋酸相同
61 85％
18 无水
32
E.Hamner归纳非金属
材料耐蚀能数据的条线图
Ⅱ 腐蚀图和选材图
Ⅲ 腐蚀试验
腐蚀试验包括实验室试验，现场挂片
20(mpy)
8
20
40
60
80
100 103.5
H₂so₄%
选材
Nelson硫酸选材图中各区合用的材料(包括金属,非金属)
10%铝青铜(不含空气)，IlliumG镍铬（铜铁铁)合金。哈氏合金B及D、 Durimet20合金、
1 Worthile铁镍铬合金、铅,铜(不含空气）潆乃尔合（不含空气）、钽、金、铂、银、锆、
棉)，塑料，橡胶(到170ºF止)不透性石墨
3 高硅铁，哈氏合金B及D,Durimet20合金(到150ºF止)，铅,Worthile铁镍铬保金.蒙乃尔合 区 金(不含空气)，钽,金,铂,锆,钼,玻璃,不透性石墨
4 钢、高硅铁、哈氏合金B及D.铅(到96%浓度),Durimet 20合金,Worthite铁镍铬合金，镍铸 区 铁,316型不锈钢(浓度80%以上)，钽,金,铂,锆,玻璃，不透性石墨(浓度96%以下)
良好
（2）材料的耐蚀性和物理、机械、加工性
能是材料技术指标的两个方面。
这两个方面往往存在矛盾。在耐蚀性和物理、机 械、加工性能不能同时满足时，就要根据设备具 体情况有所偏重。或者以耐蚀性为主，对材料物 理、机械、加工性能的不足，采取适当措施进行 弥补，并制定符合材料性能特点的使用规程；或 者以物理、机械、加工性能为主，而对材料实施 有效的防护技术，以保证其腐蚀速度达到要求的 水平。
(2)耐H2S腐蚀低合金钢
为了得到耐H2S腐蚀的低合金钢，一是加入 钼、铌、钒、钛等碳化物形成元素，以减 少固溶体中的碳量；二是采用精练技术以 降低硫、磷等有害杂质；三是进行回火处 理，以获取马氏体高温回火组织。 其中12AlMoV、12Cr2MoAlV、40B等耐硫 化氢腐蚀破坏性能较好。
(3)耐氢氮氨腐蚀的低合金钢
•经济指标
(1) 经济指标总的目标是工程投资最少，回 收年限最短。
(2) 腐蚀控制的费用自然应当低于腐蚀造成 的经济损失，包括直接损失和间接损失， 而间接损失往往比直接损失大得多 。
(3) 在实际选材工作中，材料来源和交货时 间起着重要的作用。
• 选材的一些基本原则
(1) 单一材料往往难以同时满足耐蚀性、物 理、机械、加工性能和经济指标几个方 面的要求，因此应根据不同设备的具体 情况，正确处理技术性和经济性之间的 关系。
－
－ x
－x
图 － 优良
例 良好
速度＜0.05 mm/y
腐蚀速度0.05~0.5 mm/y
可用，但腐蚀较重 腐蚀速度 0.5~1.5 mm/y
x不适用，腐蚀严重 腐蚀速度>1.5 mm/y
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 选材
醋酸 B 氯丁橡 胶
ºC C
100 50
66
41
21
61 18
0 20 40 60 80 100 水中的浓度%
试验和实物试验三大类。
*耐蚀性评价中应注意的几个问题 （1）任何时候，任何情况下都不要假定或
推测材料的使用环境条件，不要在“可 能”、“大概”的前提下去选择材料。
（2）既要考虑材料的优点，更要注意材 料的弱点和可能发生的腐蚀问题。
（3）使用不同材料组合时，要考虑材 料之间的相容性。
（4）要十分重视设备实际使用经验， 积累腐蚀数据、案例，特别是设备 腐蚀破坏事故的有关资料。将试验 结果和实际使用经验结合起来，可 以为评价材料耐蚀性提供最可靠的 依据。
1.3~1 2.3~2 1.8~1. 1.6~1.8
.5
.4
9
0.11- 1 0.25 20° C
80-120 0.15 20°C
性 线胀系数
10¯⁶/度
能
耐热性
11.1611.28
20°C
12.2 13.3
17 29
50-60 4
2°C－ 100°C
20°C 400° C
0°C－ 100°C
20°C 100° C
(1)耐大气腐蚀低合金钢
含有铜、磷、铬等有效合金元素。含少量铜 (0.2～
0.5%)的低合金钢在各种类型大气中都有良好的 耐蚀性能；如果和磷很好地配合，在潮湿气候条 件下耐大气腐蚀性能可以更好地发挥。 我国发展的16MnCu，09MnCuPTi，10PCuRe等 低合金钢，大气嚗晒试验表明，腐蚀速度比低碳 钢低30～40%。耐蚀性能改善的原因，是由于对 表面不同元素的选择性浸蚀，生成了一层致密的 、附着力好的腐蚀产物膜。
械 伸长率％ 35
50
性 冲击韧性 公斤厘米/厘
能 米²
加工工艺性能 良好 只宜 良好 不良 铸造
塑料 硬 pvc
3.5－ 6.3
工业耐 不透性 酸瓷 石墨
环氧 玻璃 钢
2.8－ 5.5
0.7－2.5 8－12
5－15
1－6
＞150 ＜0.1
140－ 2.8－3.2 350
可焊 硬而 易加 脆 工
易机加 工，不 可焊， 可粘
(4)耐海水腐蚀低合金钢
有效的合金元素有硅、铜、磷、钼、锰、 铬、铝、镍、钨、钛等。 我国发展耐海水腐蚀低合金钢较晚，主要 是结合资源特点研制了铜系、磷钒系、磷 铌稀土系、铬铝系。如10MnPNbRe，08PV ，10CrAlNb钢等。
●●高硅铸铁
当铸铁中硅的含量达到14～17%时，称为高硅铸
铁。高硅铸铁在氧化性、中性以及某些非氧化 性酸中均有优良的耐蚀性能。在任何浓度和 温度的硝酸，任何浓度的硫酸、硫酸盐等介 质中，腐蚀速度都很低。耐磨损腐蚀性能也 很 能好 力， 很易 强生 。成加致入密3.5的~S4i.O0%2保M护o，膜可，显且著膜提的高修高复 硅铸铁耐高温盐酸性能(称为硅钼铸铁) 。
50
Dur高硅铁 D－20 Durimet 20 合金 C2 高镍钼合金 C3 高镍相铬合金
沸
pb
线
Dur
曲
pb
点
Dur
pb C2 Dur
c2
C2 C3 D-20 Dur
C3 Dur
pb C2
C3 D-20 Dur Fe pb D-20 C2 C3 Dur
除pb以外 其他合金
Dur
D-20 C2 C3
●●腐蚀影响
(1) 可能发生的腐蚀类型 (2) 对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料，如不
锈钢，要特别注意可能发生的局部腐蚀 问题。 (3) 腐蚀破坏的后果
• 耐蚀材料评价
●●耐蚀性
(1) 腐蚀数据的获得 (2) Ⅰ腐蚀数据手册 (3) 《Crosion Data Survey》，开始由Nelson编篡， (4) 1975年由美国全国腐蚀工程师协会(NACE)出
●●普通低合金钢
普通低合金钢是在碳素钢中加入少量合金 元素(总量一般低于3%)而制得的，其优点 是钢材的强度、韧性、塑性得到明显改善， 具有良好的综合性能，加工工艺性能也较 好，而且成本低。 一般说来，由于合金元素含量低于1/8，所 以多数普低钢的耐蚀性能和碳钢相差不多， 但也有一些普低钢种类在一定的使用环境 中耐蚀性大大优于碳钢。
图例 符号
腐蚀速度 ＜20mpy <20mpy 20~50mpy >50mpy
硫酸%
G.A.Nelson 归纳腐蚀数据的方格图
选材
左景伊总结腐蚀数括的表格
介质
铬18镍9不锈钢
浓度%
25 50
温 度 ºc 80 100
硝酸
<30 40~60 70 80 90 100
－ －－ －
X
－ － X
－ X
(2) 将两种材料复合使用是一种有效而经济 的方法，得到了广泛的应用。
(3) 所选材料自然应满足整合装置的预定寿 命，同时应使装置中各部分的材料均匀 劣化 。
• 主要的金属材料简介
●●碳钢和铸铁 碳钢和铸铁来源广、价格低。碳钢强度大、塑性 好、可铸、可锻、可切削加工、可焊接，制造容 易。所以，碳钢和铸铁广泛用作结构材料， 碳钢和铸铁的耐蚀性较差，在潮湿大气和水中均 不耐蚀，很快就生锈。在中性水溶液中碳钢和铸 铁的腐蚀与水溶液中所含溶解氧有密切关系。 在酸溶液中钢铁是不能使用的。在浓硫酸中可以 使用碳钢，但要防止浓硫酸吸水稀释，故适用于 制作密闭容器和输送管道。
0
10 20 30
40 5 0 60 70 80 90 100
硫酸 %
硫酸的简单选材图 (按腐蚀速度≼20 mpy)
选材
温 600 度
ºC 500
400
300
200 1
100
在此区沸点下不可使 用哈氏合金B及D
沸点 曲线
7 6
2
3
5
4
材
图
按 奈尔逊
10
腐 (Nelson)
蚀 制作的
速 硫酸
9
度
不
于
5 高硅铁，哈氏合金B及D,Durimet 20合金(到150ºF止)，Worthite铁镍铬合金(到150ºF止) 区 铅(至175ºF及96%)浓度.钽,金,铂,玻璃，不透性石墨(到175ºF,浓度96%)
6区 高硅铁，哈氏合金B及D(腐蚀速度20-50mpy),钽,金,铂,玻璃
7区 高硅铁,钽,金,铂,玻璃 8区 钢,18-8型不锈钢，Durimet 20合金,Worthite铁镍铬合金,哈氏合金c,金,铂,玻璃
性能
钢 铸铁 金钢 钢
>99.9 硬 耐酸 性石 璃钢
Si145%
cr18Ni9
pvc 瓷 墨
密度 （克／厘米³）
热 导热系数 千卡/米.时.度)
7.85~ 7.86
43-52 20°C
7.0
45 100°C
7.8
29-38 20°C
7.93
14-18 100°C 500°C
11.34 29.9 0°C