埋地钢质管道腐蚀与防护

腐蚀环境
材料腐蚀分类
依据腐蚀的环境状态（自然环境和工业环境） 大气腐蚀 酸性溶液 碱性溶液 工业环境 盐类溶液 工业水中 液态金属
土壤腐蚀
自然环境 淡水腐蚀 海水腐蚀 微生物腐蚀
材料腐蚀分类
依据腐蚀形态
电偶腐蚀 全面腐蚀 均匀腐蚀 不均匀腐蚀 氢致开裂
点蚀
局部腐蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
③ 缝隙腐蚀
缝隙腐蚀形态：腐蚀发生在缝隙内。 发生和发展机理与孔蚀很相似，存在缝隙是表面缺陷， 缝隙内是缺氧区，成为阳极而迅速被腐蚀。 防止办法：消除缝隙。 尽可能避免形成缝隙和积液的死角。 对不可避免的缝隙，要采取相应的保护措施。 尽量控制介质中溶解氧的浓度，使溶氧浓度低于 5×10－6mol/L，这样在缝隙处就很难形成氧浓差电池。
1.2 腐蚀与防护基本原理
（3）应力作用下的腐蚀
① 应力腐蚀开裂:
腐蚀和拉应力同时作用下使金属产生破裂，称为应力 腐蚀。大致过程为：金属表面生成的保护膜在拉应力作用 下产生局部腐蚀，产生孔蚀或缝隙腐蚀，孔蚀或缝隙腐蚀 一方面向纵深发展，一方面由于拉应力作用使缝隙两端的 膜反复破裂，腐蚀沿着与拉应力垂直的方向前进，造成裂 缝 严重时发生断裂。 发生的三个必要条件：敏感的合金、特定的介质和一定的 静应力。
电极反应 电极质量变化
Nm+ + me- = N (还原反应) 增大或不变
M - ne- = Mn+ (氧化反应) 减小或不变
离子移动方向 阳离子移向该极 阴离子移向该极
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
比较项目 发生条件 共同点 是否构成 原电池 有无电流
化学腐蚀
金属跟接触到的物质直 接发生化学反应
电化学腐蚀
全面腐蚀与局部腐蚀比较
项目 腐蚀形貌 腐蚀电池 全面腐蚀 局部腐蚀
腐蚀分布在整个金属表面上 腐蚀集中在一定的区域 阴阳极在表面上随机变化， 阴阳极在宏观上可分辨 且不可分辨
电机面积 腐蚀产物
阳极面积等于阴极面积 可能对金属具有保护作用
阳极面积小于阴极面积 无保护作用
1.2 腐蚀与防护基本原理
① 电偶腐蚀
A. 它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金； B. 环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去； C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化； D. 它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；
2.金属表面覆盖保护层 如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化 物薄膜）作保护层。 原理： 隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。
不纯金属跟接触的电解 质溶液发生原电池反应
金属原子失去电子变成阳离子而损耗 无原电池 无电流 金属被腐蚀 构成无数微小原电池 有弱电流 较活泼金属被腐蚀
实
质
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多
钢铁的电化学腐蚀
比较项目 发生条件 电 极 反 应 负极 正极
析氢腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸 性较強时
吸氧腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸 性较弱或呈中性时
合理设计、改进制造工艺 ：尽量减小应力集中效应。 改善环境介质：消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害 物质，加入适当的缓蚀剂。 电化学保护：外加电流极化，使金属的电位远离应力腐 蚀敏感区
② 腐蚀疲劳
腐蚀特点：
1.2 腐蚀与防护基本原理
腐蚀介质和交变应力协同作用所引起的材料破坏的现象。
没有真实的疲劳极限；
方 法：
金属的防护
1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢） 2.在金属表面覆盖保护层： （1）在表面刷一层油漆； （2）在表面涂上机油； （3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属； （4）在表面烧制搪瓷 ； （5）使金属表面形成致密的氧化膜 。 3.电化学保护法 ： （1）牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理接 一个更活泼的金属) （2）外加电流的阴极保护法（电解池原理）
中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀 快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
一般说来可用下列原则判断：
（电解原理引起的腐蚀）＞原电池原理引起的腐蚀 ＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
3、金属腐蚀破坏的形态
全面腐蚀 电偶腐蚀 小孔腐蚀 按形态分类 局部腐蚀缝隙腐蚀 晶间腐蚀 选择腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
（1）全面腐蚀
特征：腐蚀分布在整个金属表面，结果使金属 构件截面尺寸减小，直至完全破坏。 控制：
合理选材、留有裕量； 施加保护性覆盖层； 缓蚀剂； 电化学保护。
1.2 腐蚀与防护基本原理 （2）局部腐蚀
腐蚀集中在金属表面局部地区，而其它 大部分表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀。
共同作用
应力腐蚀 腐蚀疲劳 腐蚀磨损
管道（设备）材料腐蚀图片
管道（设备）材料腐蚀图片
ห้องสมุดไป่ตู้
金属的电化学腐蚀
（一）金属腐蚀
1.概念： 金属或合金与周围接触到的气体或液体进
行化学反应而腐蚀损耗的过程。
2.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变成阳离子而损耗
3.金属腐蚀的分类： 化学腐蚀和电化学腐蚀
绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀
埋地钢质管道 腐蚀与防护
1.金属材料的腐蚀与防护
1.1 概述
1、腐蚀概念
腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生 作用而引起材料的变质和破坏。

材料 环境介质

发生作用
所以说： 腐蚀问题无处不在。
材料腐蚀分类
分类依据
材料类型 金属材料腐蚀 非金属材料腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 高温腐蚀 常温腐蚀
腐蚀机理
联 系
通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。
㈡ 钢铁腐蚀的防护：
⒈ 改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢 里制成合金钢。
例6： 2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港 币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴 首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要 成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分 析，最可能的是 （ D ）
吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多
钢铁表面形成的微小原电池示意图
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
知识总结
㈠. 金属腐蚀
1、 金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学
反应（氧化—还原）而腐蚀损耗的过程。 金属阳离子
失e2、 金属腐蚀的本质： 金属原子 氧化反应
化学腐蚀 3、 金属腐蚀的类型
电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀
一、原电池
把化学能转化为电能的装置。
构成原电池的基本条件是什么？
（1）必须自发进行氧化还原反应 （2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极； （3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融
的电解质中； （4）两个电极必须相连并形成闭合回路。
原电池正负极的比较
比较项目 电子流动方向 金属活泼性 正极 电子流入 相对不活泼 负极 电子流出 相对活泼
小孔腐蚀形态：金属表面局部出现向深处发展的腐蚀小孔， 其余地区不被腐蚀或者只有轻微腐蚀，也称孔蚀或点蚀。 控制办法： 合金的成分和组织：孔蚀的敏感性与合金的成分、组织 以及冶金质量有密切的关系。
介质的组成和状况：尽量降低介质中卤素。
缓蚀剂：硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。 阴极保护：金属电极电位控制在孔蚀保护电位以下。
晶间腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
⑤ 选择性腐蚀
含有不同成分的金属材料，在一定的条件下，其中一
部分元素被腐蚀浸出，只剩下其余组分构成的海绵状 物质，强度和延性丧失，称为选择性腐蚀，例如黄铜 在腐蚀介质中被锌浸出，灰口铸铁脱铁。 腐蚀形态：多元合金在电解质溶液中由于组元之间化 学性质的不均匀，构成腐蚀电池。
判断金属腐蚀快慢的规律
不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼 金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：
1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，
电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就 越快；
2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液
1.2 腐蚀与防护基本原理
④ 晶间腐蚀
金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发 生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。
腐蚀形态：腐蚀从表面沿着晶界深入内部，外表看不出腐 蚀迹象，可用金相显微镜看出呈网状腐蚀，失去强度。 贫化理论：晶界与晶内的电极电位的形成，形成一晶界区 为阳极，晶粒本体为阴极的腐蚀微电池。 控制办法：材料本身的成分和组织。奥氏体不锈钢敏化型 晶间腐蚀为例： 降低钢的含碳量； 稳定化处理； 重新固溶处理。
析氢腐蚀
电化腐蚀 （常见普遍） 吸氧腐蚀
4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 条 水膜呈酸性。 件 CO2+H2OH2CO3 H++HCO 3吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱。
电 负极Fe(- ) Fe-2e=Fe2+ 2Fe-4e=2Fe2+ 极 O2+2H2O+4e=4OH正极C(+) 2H++2e=H2↑ 反 应 总反应: Fe+2H+=Fe2+↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · 2O nH （铁锈）
情况很普遍。
③ 细菌腐蚀的控制：
低毒和无腐蚀性的药剂。
1.2 腐蚀与防护基本原理
使用杀菌剂或抑菌剂：根据细菌种类及介质选择高效、 改变环境条件：提高介质的pH值及温度（pH>9.0，温 度T>50℃）、排泄积水、改善通气条件、减少有机物
空泡腐蚀
摩振腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
（4）微生物腐蚀
由于介质中存在着某些微生物而使金属的腐蚀过程加 速的现象，称之为微生物腐蚀，也简称为细菌腐蚀。并非 微生物本身对金属的腐蚀，而是它们生命活动的结果直接 或间接地对金属腐蚀过程产生影响。
① 影响主要体现在以下几个方面：

代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物。 改变环境介质条件。如：pH值、溶解氧等。 影响电极极化过程。 破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。
3.电化学保护法
——牺牲阳极的阴极保护法
原理 ： 形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反 应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
牺牲阳极的阴极保护法示意图
牢记形成原电池的四个条件：
①必须自发进行氧化还原反应 ②两个活动性不同的金属或金属和非金属 （如石墨）做电极。 ③电解质溶液。 ④形成闭合回路
在任何腐蚀介质中都可能发生； 性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关系； 裂纹往往是多源的。 防止办法： 正确选材；合理设计、改进制造工艺 和结构设计 应避免应力集中；改善介质条件；电化学保护。
③ 磨损腐蚀
1.2 腐蚀与防护基本原理
流体介质与金属之间或金属零件间的相对运动 引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现象，简称磨蚀。 磨蚀又可分为： 湍流腐蚀
电偶腐蚀形态：两种金属在同一介质中接触，腐蚀电 位不相等，便有电偶电流流动，电位较低金属局部腐 蚀,电位较高的金属，溶解速度减小。亦称接触腐蚀 或双金属腐蚀。 防止办法： 正确选取材料，选取电偶序中相距较近的合金； 消除面积效应，减小阴极面积； 添加环缓蚀剂。
1.2 腐蚀与防护基本原理
② 小孔腐蚀
②
1.2 腐蚀与防护基本原理 常见的细菌腐蚀：
厌氧性细菌腐蚀：硫酸盐还原菌（SRB），使硫酸盐还 原成硫化物，生成硫化氢，进而与铁反应形成硫化铁， 加速了钢铁的腐蚀。
好氧性细菌的腐蚀：如硫氧化菌、铁细菌、硫代硫酸盐 氧化菌等。以硫氧化菌为例，它将硫和含硫化合物氧化 成硫酸，造成腐蚀性极强的环境，导致材料的快速腐蚀。 厌氧与好氧联合作用下的腐蚀：两类细菌的腐蚀与繁衍 相辅相成，更加速了金属的腐蚀。细菌联合作用腐蚀的
Fe - 2e- = Fe2+
Fe - 2e- = Fe2+
总反应
2H+ + 2e- = H2↑ O2＋2H2O＋4e-=4OHFe+ 2H+ = Fe2++ H2↑ Fe2++2OH-=Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3 4Fe(OH)3＝Fe2O3· 2O(铁锈)+(3-x)H2O xH
1.2 腐蚀与防护基本原理 应力腐蚀的机理：
阳极溶解机理：应力腐蚀裂纹的形成与扩展是 阳极通道的形成与其延伸的过程。
氢脆机理：阴极析氢反应在金属表面形成的吸 附氢原子渗入内部引起氢脆，是导致应力腐蚀 的主要原因。
1.2 腐蚀与防护基本原理 防止办法：
正确选材: 避免构成应力腐蚀体系，减轻应力腐蚀的 敏感性。