第七章 工业腐蚀与预防措施

广义的应力腐蚀裂纹有时又区分为狭 义的应力腐蚀裂纹和氢脆裂纹。应力腐蚀 裂纹和氢脆裂纹虽然同属广义的应力腐蚀 裂纹，但两者之间实质上有很大区别。 应力腐蚀裂纹指的是，金属材料在特 定的腐蚀环境中，受到应力作用，沿着金 属内微观径路在有限范围内发生腐蚀而出 现裂纹的现象。 氢脆裂纹指的则是，金属材料受到应 力作用，由于腐蚀反应产物氢被金属吸收， 产生氢蚀脆化，出现裂纹的现象。
2．氢脆 氢脆是指氢扩散到金属内部，使金属 材料发生脆化的现象。一般认为氢溶于钢 后残留在位错处，当氢达饱和状态后，对 位错起钉孔的作用，使滑移难以进行，从 而使钢呈现出脆性。 氢腐蚀与氢脆不同，不能用脱氢的方 法使钢材恢复其机械性能。
第三节 应力腐蚀裂纹
一、应力腐蚀概述 金属或合金在应力，特别是拉伸应力 的作用下，又处在特定的腐蚀环境中，材 料虽然在外观上没有多大变化，如未产生 全面腐蚀或明显变形，但却产生了裂纹。 这种现象称作应力腐蚀裂纹。 应力腐蚀外观无变化，裂纹发展迅速 且预测困难，因而更具危险性。
2．影响因素
缝隙可以使溶液侵入，也可使其流动受 阻。缝宽在0．10～0．12 mm间最易腐蚀， 一般腐蚀的缝隙宽度约为0．025～3．125 mm。缝内外面积比越大，则提供阴极反应 的场所越多，从而加速了缝内的阳极反应， 使腐蚀加快。 溶液中溶氧量越大 ,使缝隙腐蚀加重。 腐蚀溶液的pH值如果处在能使缝外金属 钝化的状态下，则pH值的降低会使缝内腐 蚀加剧。
三、孔腐蚀
孔腐蚀是金属表面个别小点上深度较大 的腐蚀，简称孔蚀，也称作小点腐蚀。金 属表面由于露头、错位、介质不均匀等缺 陷，使其表面膜的完整性遭到破坏，成为 点蚀源。点蚀源在某段时间内呈活性状态， 电极电位较负，与表面其他部位构成局部 腐蚀微电池。在大阴极、小阳极的条件下， 点蚀源的金属迅速被溶解形成孔洞,以至于 穿透，造成严重后果。
Biblioteka Baidu
脱碳是指钢中渗碳体在高温下与气体介质如 水蒸气、氢、氧等，发生化学反应引起渗 碳体脱碳的过程。 渗碳和脱碳均能使钢表面硬度和疲劳极限下 降。
2．电化学腐蚀 金属材料与电解质溶液接触时，由 于不同组分或组成的金属材料之间形成 原电池，其阴、阳两极之间发生的氧化 还原反应使某一组分或组成的金属材料 溶解，造成材料失效。这一过程称为电 化学腐蚀。
三、腐蚀的危害与损失
腐蚀所造成的损失是巨大的。在设备损伤事 故中，腐蚀所造成的经济损失占很大比例。 1964～1973年间， 日本金属工业公司处理设备损 伤事故1009起，有985起与腐蚀有关，占97％。美、 英、前苏联、前西德等国1969～1970年间的调查 资料表明，由于腐蚀造成的直接损失，占国民经 济总收入的2．0％～4．2％。美国每年汽车事故 损失300亿美元，火灾损失110亿美元，洪水损失 4．3亿美元，风灾损失17亿美元，地震损失4亿美 元，而腐蚀造成的损失达700亿美元，远远超出上 述其余各项的总和。
化学工业中的应力腐蚀，是由于原材 料中所含的杂质或在各工序中经过分解、 合成等过程生成的腐蚀性成分造成的。能 造成应力腐蚀的原材料中的杂质有硫、硫 化物、氯化钠和氯化锰等无机盐、脂环酸、 氮化合物等。另外，为了防止腐蚀所加入 的碱，再生重整等过程中使用的催化剂， 也是能引起应力腐蚀裂纹的物质。
第二节 工业腐蚀的典型类型
一、全面腐蚀 全面腐蚀是指金属结构的整个表面或 大面积的程度相同的腐蚀，也称作均匀腐 蚀。在全面腐蚀中，金属以一定的速度被 腐蚀介质所溶解，金属结构逐渐变薄。而 局部腐蚀是指金属结构特定区域或部位上 的腐蚀。
二、缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是在电解质溶液中，金 属与金属、金属与非金属之间的狭缝 内发生的腐蚀。 在管道连接处，衬板、垫片处， 设备污泥沉积处，海生物附着处，以 及设备外部尘埃、腐蚀产物附着处， 金属涂层破损处，均易产生缝隙腐蚀。
介质是影响孔蚀的重要因素之一。氯化 物、溴化物、次氯酸盐等溶液，及含氯离 子天然水的存在，最易产生孔蚀。氯化亚 铜、氯化亚铁或卤素离子与氧化剂同时存 在，则能加剧孔蚀。 增加溶液流速，能消除金属表面滞流状 态，有降低孔蚀作用的倾向。 不锈钢的敏化处理、冷加工会加速孔腐 蚀破坏。
四、氢损伤

氢损伤包括氢腐蚀与氢脆，是由于氢的作用引起 材料性能下降的一种现象。 1．氢腐蚀 在高温高压下，氢引起钢组织结构变化，使其 机械性能恶化，称为氢腐蚀。氢腐蚀是指氢分子 在高温高压下在钢表面分解为氢原子。H经化学 吸附透过金属表面固溶体，向钢内部扩散。H在 夹杂物与金属交界处形成H2，或与碳化合生成甲 烷。H2和CH4不能重溶或扩散，封闭聚集形成高 压造成应力集中，引起微裂纹生成。
第七章 工业腐蚀与预防措施
第一节 工业腐蚀及其危害
一、工业腐蚀概述 腐蚀是指材料在周围介质作用下产生的破坏。 腐蚀的原因:化学、物理、生物、机械等等。 腐蚀的形式是多种多样的: 按照腐蚀的环境或起因，有大气腐蚀、土壤腐 蚀、海洋腐蚀、生物腐蚀、水腐蚀、非水溶液腐蚀 等。 按照腐蚀的结果或表现形式，有点腐蚀、缝隙 腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳、磨损 腐蚀等等。
1．腐蚀机理 由于缝隙中积液流动不畅，逐渐使缝内外构 成浓差电池，发生阳极溶解和阴极还原反应。阳 极、阴极反应可分别表示为： Me→Me++e 及 O2+2H2O+4e→4OH— 上述反应使氧逐渐消耗，由于积液流动不畅， 氧很难补充，且腐蚀产物对缝隙起了进一步阻塞 作用，但缝内阳极溶解借助缝外阴极反应仍可进 行。生成过多的Me+使缝内外电平衡破坏，促进 溶液内氯离子等迁入缝内形成金属盐。盐水解生 成游离酸加快了金属的溶解速度。Me+的增多， 由于自催化作用使上述过程更加活跃，造成腐蚀 更加严重。
二、腐蚀机理
1 化学腐蚀
化学腐蚀是指周围介质对金属发生化学 作用而造成的破坏。工业中常见的化学腐 蚀有金属氧化、高温硫化、渗碳、脱碳、 氢腐蚀等。 金属氧化: 2Me+O2=2MeO 式中 Me表示金属
高温硫化是指含硫介质如硫蒸气、二氧化硫、 硫化氢等，在高温下与金属作用生成硫化 物的腐蚀过程。 渗碳是指一氧化碳、烃类等含碳物质在高温 下与钢接触分解成游离碳，并渗入钢内形 成碳化物的过程。