金属材料的腐蚀和防护

570℃以下 570℃以下
570℃以上 570℃以上
脱 碳
1 Fe3 C O 2 3Fe CO 2 Fe3 C C O 2 3Fe 2CO Fe3 C H 2 O 3Fe CO H 2
• 危害： • 1 破坏表面膜，降低膜的保护作用 • 2 表面硬度下降，降低耐磨性和疲劳强度
危害性表现在： 膜体积大； 膜中的晶格缺陷浓度高； 膜的熔点低。
电化学腐蚀
• 金属及其合金与电解质接触时发生 电化学作用而引起的腐蚀。
Zn在稀硫酸中溶解示意图
e
阳极
阴极
2H++2e=H2 Zn=Zn2++2e
Cu-Zn 原电池示意图
腐蚀原电池的类型
宏 观
异种金属接触形成电偶电池 金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池 金属处于温度不同的介质中形成温差电池 化学性质不均匀 微 观
氢腐蚀
• 氢腐蚀可分为两个阶段 氢脆阶段：韧性降低，材料变脆 氢腐蚀阶段：产生裂纹和气泡
Fe3 C 2 H 2 3Fe C H 4
防止氢腐蚀采用Nelson曲线。
温 度
6.0Cr0.5Mo 3.0Cr0.5Mo 2.25Cr1Mo
氢分压
高温硫化
• 金属与含硫气体（硫蒸汽，SO2，H2S)接 触生成硫化物。
储槽壁底的联接
角 焊 缝 的 结 构
容 器 出 口 管
• Байду номын сангаас) 合理制订设备加工工艺
4 防止和减缓腐蚀的方法
• 合理选材：
了解腐蚀环境，分析腐蚀原因，根据 生产中遇到的介质性质、温度、压力 及产品质量要求查阅材料手册，合理 选用材料。
• 2) 设计合理的结构
化工设备在很多情况下与结构有关，不 合理的结构往往为腐蚀电池的形成创造 良好的条件，或引起应力集中、液体停 滞。
高 温 气 体 入 口
微观组织不均匀
物理状态不均匀 表面膜不完整
3.3 按腐蚀破坏的型式分
• 全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属 截面，结果使金属结构截面尺寸 减少，直至完全破坏。
金属腐蚀速度的表示方法
• 一.重量指标
以单位面积金属在单位时间内因腐 蚀而造成的重量损失表示。
W o W1 V So t
( g / m h)
金属材料的腐蚀和防护
1 腐蚀的定义
腐蚀是指材料与它所处环境介 质之间发生化学－物理的相互 作用，而引起的变质和破坏。
2 腐蚀的危害
1 巨大的经济损失
直接经济损失：更换设备及构件；
间接经济损失：设备停产、腐蚀泄露；
2 资源和能源的严重浪费
• 大量优质原料泄露 • 大量的金属需要回炼
3 引发灾难事故 4 污染人类生存环境
塔设备人孔结构 不锈钢胀管颈部的破裂
裂纹形态的主要模式
应力腐蚀破裂模型
应力与裂纹深度的关系 瞬时KI与时间的关系
疲劳的S－N曲线
疲劳断口特征示意图
湍流腐蚀破坏形态示意图 脱碳溶液再沸器 空泡腐蚀历程
18－8钢在充气NaCl溶液中孔蚀过程示意图
碳钢在海水中缝隙腐蚀示意图
异种材料组合结构实例
3 腐蚀的分类
• 3.1 按腐蚀环境分
化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、 土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、 磨损腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀
3.2 按腐蚀反应机理分
• 化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化 学作用而引起的破坏。 电化学发生：金属与电解质发生电化 学作用而引起的破坏。 物理腐蚀：单纯物理溶解作用而引起的破坏。
空气中O2的分压为：PO2=0.022MPa
高温氧化
• 在常温下，金属氧化物只有几个分子厚 (1.5 ∼2.5nm)，对光泽没有影响。 氧化膜的颜色： 40(黄)，52(棕)，58(红)，68(紫)，72(蓝)
Fe3O4 Fe3O4 Fe2O3 Fe2O3 FeO FeO Fe3O4 Fe2O3 Fe3O4 Fe2O3
2
• (二 ) 深度指标 金属的厚度因腐蚀而减少的量 (mm)。
均匀腐蚀的三级评判标准
耐蚀性评定 耐蚀性等级 腐蚀深度(mm/a)
耐 蚀 可 用 不可用
1 2 3
<0.5 0.5-1.5 >1.5
• 局部腐蚀：
• 腐蚀作用在金属表面的局部区域，而其 它大部分表面几乎不腐蚀或腐蚀很轻微。
按腐蚀发生的条件、机理特征，可 将其分为： 电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、 晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、 磨损腐蚀、氢脆等
金属的氧化
• 氧化发生的条件：
P ,T 1 M O2 MO 2
PMO=Po2，反应处于平衡状态 PMO>PO2，反应向氧化物分解方向进行 PMO<PO2，反应向氧化物生成方向进行
FeO2Fe+O2
• • • • 600K, PO2=5.1×10-43MPa 800K, PO2=9.1×10-31MPa 1200K, PO2=1.6×10-20MPa 2000K, PO2=5.1×10-8MPa