影响腐蚀的结构因素与防腐结构设计

13
力学因素
防止或减轻应力腐蚀的途径
焊接、应力、冶金三方面 材料一定：控制环境条件、消除(降低)应力
(1). 降低设计应力，使最大有效应力或应力强度因子 降低到临界值以下－－应力腐蚀破裂临界强度因子KISCC
精选PPT
14
பைடு நூலகம் 力学因素
防止或减轻应力腐蚀的途径
应力与裂纹 深度的关系
精选PPT
15
力学因素
精选PPT
3
局部腐蚀－－结构设计因素
•力学因素、几何因素、异种金属偶解等因素
•力学因素－－应力与腐蚀介质共同作用－－ 应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀
精选PPT
4
力学因素
应力腐蚀破裂（SCC）
No Image
精选PPT
H2S 溶 液 塔 设 备 人 孔 衬里结构
1—316L焊环 2—20Mn Mo法兰 3—316L衬里(3mm厚) 4—316L人孔接管 5—塔壁复合板
精选PPT
2
均匀腐蚀与局部腐蚀的区别
• 危害性：
均匀腐蚀速率可测、破坏易防－－腐蚀裕量
局部腐蚀局部腐蚀速率远远高于全面腐蚀、
破坏无先兆、危害性大
事故比例(日本十年化工机械破坏事例统计)：
均匀腐蚀：8.5%
局部腐蚀：88%（应力腐蚀45.6%，孔蚀21.6%，
腐蚀疲劳8.5%，晶间腐蚀4.9%，
高温氧化4.9%, 氢脆3.0%）
腐蚀疲劳和大多数有色金属的纯力学疲劳一样，
都不存在疲劳极限。 精选PPT
24
力学因素
疲劳断口特征示意图
与应力腐蚀区别：
• 裂纹多为穿晶型，且分支较少。
• 腐蚀疲劳在任何介质中均有精选可PPT能发生。
25
磨损腐蚀
力学因素
产生条件：
腐蚀性流体、相对运动速度较高、流体中含固体颗粒等。
与磨损的区别：
磨损腐蚀过程金属仍以金属离子形式溶入溶液， 而磨损是以粉末形式脱落。
壳体与凸缘焊接
精选PPT
18
力学因素
壳体与顶盖的 等厚对焊
厚壁容器开孔 接管焊接
焊缝之间的 最小距离
精选PPT
19
力学因素
球形容器两种拼接法
精选PPT
20
力学因素
管体中最大径向应力位置
精选PPT
21
气轮机叶轮的SCC
力学因素
叶轮的机械撕裂
叶轮旋转时键槽边缘的应力分布
精选PPT
22
力学因素
(3). 采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善合金 的组织结构，以降低对SCC的敏感性
精选PPT
9
应力腐蚀破裂裂纹形态模式
力学因素
（a）晶间裂纹； （b）穿晶裂纹； （c）混合型裂纹
精选PPT
10
应力腐蚀破裂裂纹形态
力学因素
金属－－环境体系不同，将出现不同的裂纹形态
（a）沿晶断裂（晶间裂纹）： 碳钢、高强钢、铝合金、铜合金等，多半是沿晶断裂。
（b）穿晶断裂（穿晶裂纹）： 奥氏体不锈钢、镁合金等大多是穿晶断裂。
举例：
离心泵叶轮、搅拌器、阀门、弯头、换热器入口管等。
形式分类：
湍流腐蚀、空泡腐蚀(汽蚀)、微振腐蚀等。化工装置常见前两种
精选PPT
26
磨损腐蚀
力学因素
脱碳溶液再沸器
精选PPT
27
力学因素
湍流腐蚀破坏形态示意图
精选PPT
28
力学因素
空泡腐蚀（汽蚀）历程
汽泡在崩溃时产生的冲击波对金属表面起强烈的锤击作用，
每一种材料在特定的 腐蚀介质中的KISCC 是一个常数，可实验测定。
一般KISCC=0.2~0.5KIC， 随材料强度级别的提高， KISCC/KIC的比值下降。
瞬时K1与时间曲线 精选PPT
16
(2). 合理设计与加工，减少应力集中 薄壳体与厚板的焊接
力学因素
精选PPT
17
壳体接管焊接
力学因素
的时间越短。
精选PPT
8
应力腐蚀破裂速度
力学因素
•潜伏期（诱导期）－－腐蚀引起裂纹或蚀坑， 受应力影响小，时间长－－约占破裂总时间的90%
•裂纹扩展阶段－－裂纹源或蚀坑发展到极限应力值 •破裂期－－失稳纯力学裂纹扩展阶段
SCC断裂速度约为0.01~3mm/h，远远大于无应力存在时 的局部腐蚀速度（如孔蚀等），但又比单纯力学断裂速度 小得多。例如，钢在海水中的SCC断裂速度为孔蚀的106倍， 而比纯力学断裂速度几乎低10个数量级－－应力水平不同
湿态与干态 －－水中氯化物浓集 －－不锈钢胀管颈部
应力腐蚀开裂
精选PPT
7
应力腐蚀产生条件
力学因素
• 应力与腐蚀介质联合作用 • 应力为拉应力：工作载荷、制造应力、装配应力 （残余应力造成的SCC事故远高于工作应力所占比例，
其中以焊接残余应力为最）
应力与破裂时间的关系 －－有效应力低于某一
应力水平就不会发生SCC －－应力值越大，到达破裂
不仅能破坏表面膜，甚至可使膜下金属的晶粒产生龟裂和剥落。
精选PPT
29
力学因素
避免或减缓磨损腐蚀的办法：
叶轮入口侧的速度分布
• 合理的结构设计 适当增大流体转向部分的
曲率半径等结构设计尽量避 免流道截面的突然变化。 • 正确选材
（c）混合断裂（混合型裂纹）： 钛合金
精选PPT
11
应力腐蚀机理
现有解释SCC机理的学说
• 电化学阳极溶解理论 • 氢脆理论 • 膜破裂理论 • 化学脆化－机械破裂两阶段理论 • 腐蚀产物楔入理论 • 应力吸附破裂理论
精选PPT
力学因素
12
力学因素
电化学阳极溶解理论应力腐蚀机理学说
应力腐蚀精破选P裂PT模型
如：采用退火处理消除内应力(钢铁在500～600℃ 处理0.5~1h，然后缓慢冷却；奥氏体不锈钢可以加热 到900℃ 左右再缓冷) (4). 其它方法：合理选材、去除介质中有害成分、
添加缓蚀剂、采用阴极保护等。
精选PPT
23
腐蚀疲劳
力学因素
疲劳的 -N曲线
1、力学疲劳曲线； 2、腐蚀疲劳曲线； 3、非铁金属的疲劳曲线
影响腐蚀的结构因素
腐蚀过程总是从材料与介质界面上 开始的，任何可能引起材料或介质 特性改变的因素都会使整个腐蚀进 展发生变化。
精选PPT
1
影响腐蚀的结构因素举例
• 结构设计、制造方法以及安装上的错 误或者考虑不周，可能造成材料的表面 特性和力学状态的改变（应力集中、焊 接残余应力、温差应力、附近应力等） －－应力腐蚀破裂。 • 异种材料组合－－电偶腐蚀 • 结构几何形状不合理－－缝隙腐蚀
（22g—316L） 贴合不好－－局部间
隙－－应力过高－ －运行45天后－－ 100mm轴向裂纹
5
力学因素
碳钢碱泵应力腐蚀破裂
泵体与管线刚性连接 －－法兰处附加应力大 －－应力腐蚀开裂
精选PPT
6
力学因素
立式不锈钢冷凝器换热管应力腐蚀开裂
与其它设备管线连接的 位差考虑不周 －－管间空间死区 －－溶液喷溅引起交替