化工设备腐蚀与防护技术常见的局部腐蚀.pptx

腐蚀形态示意图第1页/共79页1.Uniform Attack 全面腐蚀1.1 The Characteristics of Uniform Corrosion 全面腐蚀的特征全面腐蚀的特征1.1.1 定义：如果腐蚀是在整个金属的表面上进行的，则称为全面腐蚀。1.1.2 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。1.1.3 全面腐蚀的电化学过程特点：腐蚀电池的阴极和阳极面积尺寸非常微小且紧密相连。1.2 The Destruction of Uniform Corrosion and Its Control 全面腐蚀的危害与控制全面腐蚀的危害与控制第2页/共79页2.1 The Characteristics of Localized Corrosion 局部腐蚀的特征局部腐蚀的特征2.1.1局部腐蚀通常存在着可以明确识别的和比较固定的宏观和微观腐蚀电池的阳极区和阴极区。2.1.2通常局部腐蚀的腐蚀电池中阳极面积相对较小，阴极面积相对很大。2.1.3局部腐蚀的电化学反应过程往往具有自催化的特征，进一步创造了腐蚀反应发生的条件，使得局部腐蚀得以持续地加速发展。2.2 Destruction of Local Corrosion 局部腐蚀的危害局部腐蚀的危害2.Localized Corrosion 局部腐蚀第3页/共79页2.Localized Corrosion 局部腐蚀日本三菱化工机械公司10年化工设备破坏原因统计第4页/共79页Section 2Galvanic Corrosion 电偶腐蚀电偶腐蚀第5页/共79页1.The Concept of Galvanic Corrosion 电偶腐蚀的电偶腐蚀的概念概念异种金属彼此接触或通过其它导体连通，处于同一介质中，会造成接触异种金属彼此接触或通过其它导体连通，处于同一介质中，会造成接触部分的局部腐蚀。其中电位较低的金属，溶解速度增大，电位较高的金部分的局部腐蚀。其中电位较低的金属，溶解速度增大，电位较高的金属，溶解速度反而减小，这种腐蚀称为电偶腐蚀，或称接触腐蚀、双金属，溶解速度反而减小，这种腐蚀称为电偶腐蚀，或称接触腐蚀、双金属腐蚀。属腐蚀。第6页/共79页在电偶腐蚀电池中，腐蚀在电偶腐蚀电池中，腐蚀电位较低的金属由于和腐电位较低的金属由于和腐蚀电位较高的金属接触而蚀电位较高的金属接触而产生了阳极极化，其结果产生了阳极极化，其结果使溶解速度增加；而电位使溶解速度增加；而电位较正的金属，由于和电位较正的金属，由于和电位较低的金属接触而发生阴较低的金属接触而发生阴极极化，结果使溶解速度极极化，结果使溶解速度下降，即受到了阴极保护，下降，即受到了阴极保护，这就是电偶腐蚀的原理这就是电偶腐蚀的原理2.The Mechanism of Galvanic Corrosion 电偶腐蚀的电偶腐蚀的机理机理第7页/共79页3.1 Galvanic Series 电偶序在电偶序中相距越远的材料互相接触，电偶腐蚀就越严重；相距越近的材料接触，发生电偶腐蚀的倾向就越小。3.2 Corrosive Media 介质条件3.2.1 Composition-介质成分(Cu-Fe偶对在NH4+中会逆转)3.2.2 Temperature-介质温度（Cu-Zn偶对在超过80热水中逆转）3.2.3 pH Value-介质的pH值(Mg-Al偶对由中性或微酸向碱性变化时的逆转)3.2.4 Stirring or Flowing 介质的搅拌或流动3.2.5 The Conductivity 介质的电阻率(导电弱仅在结合部；导电强腐蚀严重分布面广)3.3 Area Effect 面积效应An area ratio of a large cathode and a small anode should be avoided.3.Influencing Factors of Galvanic Corrosion 影响电偶腐蚀影响电偶腐蚀的因素的因素第8页/共79页4.1 Suitable Choice of Metal Material 合理选材选择在电偶序中位置靠近的金属相组合。4.2 Suitable Structural Design 合理的结构设计4.2.1 Avoid the unfavorable area effect of a small anode and large cathode.尽量避免小阳极、大阴极的结构。4.2.2 Insulate dissimilar Metals as possible 将不同的金属彼此绝缘。4.2.3 Install a third metal that is anodic to both metals in the galvanic contact 插入第三种金属。4.2.4 Design for the use of readily replaceable anodic parts or make them thicker for longer life 将阳极部件设计成为易于更换的，或适当增厚以延长寿命。4.Prevention 防止电偶腐蚀的措施防止电偶腐蚀的措施第9页/共79页第10页/共79页加入中间金属的结构第11页/共79页4.3 Apply coatings with caution 应用涂料保护层4.4 Add inhibitors to decrease the aggressiveness of environment 改善腐蚀环境4.5 Cathodic protection 阴极保护4.Prevention 防止电偶腐蚀的措施防止电偶腐蚀的措施第12页/共79页Section 3 Pitting 孔蚀孔蚀第13页/共79页1.Definition of pitting and its Characteristics 孔蚀的定义及其特征孔蚀的定义及其特征1.1 Definition 定义孔蚀又叫点蚀、坑蚀，是一种集中发生在某些点处并向金属内部发展的孔、坑状腐蚀。孔蚀又叫点蚀、坑蚀，是一种集中发生在某些点处并向金属内部发展的孔、坑状腐蚀。(Cl、Cu 2+、Fe 3+、Hg 2+加剧孔蚀；加剧孔蚀；NO3、OH、SO4 2延缓、抑制孔蚀延缓、抑制孔蚀)1.2 The characteristics of pitting 点蚀的形貌特征（a）窄深、（b）椭圆形、（c）宽浅、（d）表面下面、（e）底切形、（f）水平形（g）垂直形第14页/共79页1.Definition of pitting and its Characteristics 孔蚀的定义及其特征孔蚀的定义及其特征第15页/共79页1.Definition of pitting and its Characteristics 孔蚀的定义及其特征孔蚀的定义及其特征第16页/共79页2.1 Initiation of pits 蚀孔的形核孔蚀电位或破裂电位、击穿电位（Vbr）。2.1.12.1.1钝化膜破坏理论：小孔的发生是当腐蚀性阴离子（如钝化膜破坏理论：小孔的发生是当腐蚀性阴离子（如ClCl-）在钝）在钝化膜上吸附以后，由于化膜上吸附以后，由于ClCl-半径小而穿过钝化膜，进入膜内后半径小而穿过钝化膜，进入膜内后“污染了污染了钝化膜钝化膜”，产生了强烈的感应离子导电，于是此膜在一定点上变得能，产生了强烈的感应离子导电，于是此膜在一定点上变得能够维持高的电流密度，并能使阳离子杂乱移动而活跃起来，当膜够维持高的电流密度，并能使阳离子杂乱移动而活跃起来，当膜-溶液溶液界面的电场达到某一临界值时就发生点蚀。界面的电场达到某一临界值时就发生点蚀。2.1.22.1.2吸附理论：点蚀的发生是由于氯离子和氧的竞争吸附结果而造成吸附理论：点蚀的发生是由于氯离子和氧的竞争吸附结果而造成的。当金属表面上氧的吸附点被氯离子所替代时，就发生点蚀。的。当金属表面上氧的吸附点被氯离子所替代时，就发生点蚀。2.Mechanism of pitting 孔蚀的机理孔蚀的机理第17页/共79页铝合金蚀孔的成长第18页/共79页2.2 Development of pits 孔蚀的发展2.2.1 闭塞电池的形成 阳极反应：阴极反应：总的反应：2.2.2闭塞电池的自催化(Autocatalytic)过程 随着腐蚀的发展，蚀孔内Al3+浓集，为了保持电中性而受到正离子的吸引，Cl-等向孔内迁移、富集；Al 3+发生水解反应，并使蚀孔内溶液酸化，溶液的酸化又进一步加速了腐蚀的发展。2.Mechanism of pitting 孔蚀的机理孔蚀的机理第19页/共79页随着孔蚀的发展，蚀孔的加深，也会发生孔蚀不断减速最终停止发展的现象。“环状阳极极化曲线”在孔蚀电位在孔蚀电位V Vbrbr以上，孔蚀会迅速发以上，孔蚀会迅速发生发展；生发展；电位在电位在V VbrbrV Vp p之间，已经形成的蚀之间，已经形成的蚀孔继续发展，但不会产生新的蚀孔；孔继续发展，但不会产生新的蚀孔；电位在电位在V Vp p以下，则蚀孔不能发生，以下，则蚀孔不能发生，已形成的蚀孔停止发展，进入钝态。已形成的蚀孔停止发展，进入钝态。3.Repassivity of Pitting 孔蚀的再钝化特点孔蚀的再钝化特点第20页/共79页4.1 Environmental effect 环境因素4.1.1 介质的类型（不锈钢Cl；CuSO4 2）4.1.2 介质浓度（超过一定浓度才发生）4.1.3 介质中其他阴离子的作用（对不锈钢的缓蚀效果：OHNO3 AC SO4 2 ClO4）4.1.4 介质温度的影响4.1.5 溶液pH值的影响PH10时孔蚀电位迅速上升，发生难度增加4.2 Metallurgical Variables 冶金因素不锈钢中含Mo、Ni及高Cr耐孔蚀奥氏体优于铁素体、马氏体减少C、S夹杂物4.Influencing factors of pitting 影响孔蚀的因素影响孔蚀的因素第21页/共79页5.1 5.1 改善介质条件：降低溶液中的改善介质条件：降低溶液中的ClCl-含量，减少氧化剂，降低温度，提高含量，减少氧化剂，降低温度，提高pHpH值等都可以减少孔蚀的发值等都可以减少孔蚀的发生。生。5.2 5.2 选用耐孔蚀的合金材料：选用奥氏体不锈钢、双相不锈钢以及高纯铁素体不锈钢等耐孔蚀性能好选用耐孔蚀的合金材料：选用奥氏体不锈钢、双相不锈钢以及高纯铁素体不锈钢等耐孔蚀性能好的材料。的材料。5.3 5.3 电化学保护：利用阴极保护，阴极极化使电位低于电化学保护：利用阴极保护，阴极极化使电位低于V Vbrbr，使材料处于稳定钝化区。，使材料处于稳定钝化区。5.4 5.4 对合金表面进行钝化处理，提高材料钝态稳定性。对合金表面进行钝化处理，提高材料钝态稳定性。5.5 5.5 使用缓蚀剂：对封闭系统使用缓蚀剂最有效。用于不锈钢的常用缓蚀剂有硝酸盐、铬酸盐、硫酸使用缓蚀剂：对封闭系统使用缓蚀剂最有效。用于不锈钢的常用缓蚀剂有硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐和碱，最有效的是亚硝酸钠。缓蚀剂的加入量要适宜。盐和碱，最有效的是亚硝酸钠。缓蚀剂的加入量要适宜。5.Prevention of Pitting 防止孔蚀的措施防止孔蚀的措施第22页/共79页Section 4Crevice Corrosion 缝隙腐蚀缝隙腐蚀第23页/共79页1.1 定义：金属部件在介质中，由于金属与金属或金金属部件在介质中，由于金属与金属或金金属部件在介质中，由于金属与金属或金金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质处于滞流状态，引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部处于滞流状态，引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部处于滞流状态，引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部处于滞流状态，引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。腐蚀称为缝隙腐蚀。腐蚀称为缝隙腐蚀。腐蚀称为缝隙腐蚀。1.2 形成缝隙腐蚀条件：1.2.11.2.11.2.11.2.1金属结构的连接。金属结构的连接。金属结构的连接。金属结构的连接。1.2.21.2.21.2.21.2.2金属与非金属间的连接。金属与非金属间的连接。金属与非金属间的连接。金属与非金属间的连接。1.2.31.2.31.2.31.2.3金属表面的沉积物，附着物。金属表面的沉积物，附着物。金属表面的沉积物，附着物。金属表面的沉积物，附着物。1.Concept of crevice corrosion 缝隙腐蚀缝隙腐蚀的概念的概念第24页/共79页2.12.12.12.1发生在所有金属与合金上，特别容易发生在靠钝发生在所有金属与合金上，特别容易发生在靠钝发生在所有金属与合金上，特别容易发生在靠钝发生在所有金属与合金上，特别容易发生在靠钝化而耐蚀的金属与合金上。化而耐蚀的金属与合金上。化而耐蚀的金属与合金上。化而耐蚀的金属与合金上。2.22.22.22.2介质可以是任何侵蚀性溶液，酸性或中性，而含介质可以是任何侵蚀性溶液，酸性或中性，而含介质可以是任何侵蚀性溶液，酸性或中性，而含介质可以是任何侵蚀性溶液，酸性或中性，而含有氯离子的溶液最易引起缝隙腐蚀。有氯离子的溶液最易引起缝隙腐蚀。有氯离子的溶液最易引起缝隙腐蚀。有氯离子的溶液最易引起缝隙腐蚀。2.32.32.32.3与孔蚀相比，对同一种合金而言，缝隙腐蚀更易与孔蚀相比，对同一种合金而言，缝隙腐蚀更易与孔蚀相比，对同一种合金而言，缝隙腐蚀更易与孔蚀相比，对同一种合金而言，缝隙腐蚀更易发生。在发生。在发生。在发生。在V V V VbrbrbrbrV V V Vp p p p 之间的电位范围之内，对孔蚀来讲之间的电位范围之内，对孔蚀来讲之间的电位范围之内，对孔蚀来讲之间的电位范围之内，对孔蚀来讲可以发展但不产生新的蚀孔；而缝隙腐蚀在该电位区可以发展但不产生新的蚀孔；而缝隙腐蚀在该电位区可以发展但不产生新的蚀孔；而缝隙腐蚀在该电位区可以发展但不产生新的蚀孔；而缝隙腐蚀在该电位区域内，既能发生又能发展。缝隙的临界电位要比孔蚀域内，既能发生又能发展。缝隙的临界电位要比孔蚀域内，既能发生又能发展。缝隙的临界电位要比孔蚀域内，既能发生又能发展。缝隙的临界电位要比孔蚀电位低。电位低。电位低。电位低。2.Characteristics of crevice corrosion 缝隙腐蚀缝隙腐蚀的特征的特征第25页/共79页3.1 Initial stage 3.1 Initial stage 初期阶段初期阶段氧去极化腐蚀在缝隙内、外均匀进行。因滞流关系，氧只氧去极化腐蚀在缝隙内、外均匀进行。因滞流关系，氧只能以扩散的方式向缝内传递，使缝内的氧消耗后难以得到能以扩散的方式向缝内传递，使缝内的氧消耗后难以得到补充，氧还原反应很快便终止。而缝外的氧随时可以得到补充，氧还原反应很快便终止。而缝外的氧随时可以得到补充，所以氧化还原反应继续进行。缝内、外构成了宏观补充，所以氧化还原反应继续进行。缝内、外构成了宏观的氧浓差电池。的氧浓差电池。3.2 Later stage 3.2 Later stage 后期阶段后期阶段闭塞电池的形成标志着腐蚀进入发展阶段。此时缝内金属阳离子便难以扩散、迁移出外，随着FeFe2+2+、FeFe3+3+的积累，缝内造成正电荷过剩，促使缝外的ClCl-迁移入内以保持电荷平衡。金属氯化物的水解使缝内介质酸化，pHpH值下降，因此加速了阳极的溶解。阴极的加速溶解又引起更多的ClCl-迁入，氯化物的浓度又增加，氯化物的水解又进一步加剧了介质的酸化，这样，便形成一个自催化过程，使缝内金属的溶解加速进行下去。总之：氧浓差电池的形成，对腐蚀的开始起促进作用。但蚀总之：氧浓差电池的形成，对腐蚀的开始起促进作用。但蚀坑的深化和发展是从形成闭塞电池开始的，所以酸化自催化坑的深化和发展是从形成闭塞电池开始的，所以酸化自催化作用是造成腐蚀加速的根本原因。作用是造成腐蚀加速的根本原因。3.Mechanism of crevice corrosion 缝隙腐蚀缝隙腐蚀的机理的机理第26页/共79页碳钢在中性海水中的缝隙腐蚀示意图第27页/共79页4.1 4.1 腐蚀发生的条件腐蚀发生的条件孔蚀起源于金属表面的孔蚀核，缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙。前者必须在含活性阴离子的介质中才会发生，后者即使在不含阴离子的介质中亦能发生。4.2 4.2 腐蚀过程腐蚀过程孔蚀是通过腐蚀逐渐形成闭塞电池，然后才加速腐蚀的，而缝隙腐蚀由于事先已有缝隙，腐蚀刚开始便很快形成闭塞电池而加速腐蚀。4.3 4.3 发生的难易程度发生的难易程度缝隙腐蚀比孔蚀更容易发生，在Vbr 区间，对孔蚀来说，原有的蚀孔可以发展，新的蚀孔不会产生。对缝隙腐蚀，除已形成的蚀坑可以扩展外，新的蚀坑仍会发生。4.44.4从腐蚀形态来看从腐蚀形态来看孔蚀的蚀孔窄而深，缝隙腐蚀的蚀坑相对广而浅。4.Comparison of pitting and crevice corrosion 孔蚀与缝蚀的孔蚀与缝蚀的异同点异同点第28页/共79页5.1 Geometric shape 几何形状5.2 Environmental factors 环境因素5.2.1溶液中氧的浓度（OO增加腐蚀速度加快）增加腐蚀速度加快）5.2.2腐蚀液的流速（双重影响双重影响）5.2.3温度的影响（双重影响）（双重影响）5.2.4 pH值5.2.5溶液中Cl-的浓度5.Influencing factors of crevice corrosion 影响缝隙腐蚀影响缝隙腐蚀的因素的因素第29页/共79页6.1 合理的结构设计6.2 电化学保护6.3 应用缓蚀剂 磷酸盐、铬酸盐、亚硝酸盐对钢、黄铜、锌有效磷酸盐、铬酸盐、亚硝酸盐对钢、黄铜、锌有效6.4 及时清理金属表面的非金属沉积物6.Prevention of crevice corrosion 防止缝隙腐蚀防止缝隙腐蚀的措施的措施第30页/共79页防止缝隙腐蚀的措施第31页/共79页第32页/共79页Section 5Selective Corrosion 选择性腐蚀选择性腐蚀第33页/共79页Selective Corrosion is the removal of one element from a solid alloy by corrosion processes.(合金在腐蚀过程中，腐蚀介质不是按合金的比例侵蚀，合金在腐蚀过程中，腐蚀介质不是按合金的比例侵蚀，而是发生了其中某种成分的选择性溶解，使合金的机械强度下降，这种腐蚀形态称之而是发生了其中某种成分的选择性溶解，使合金的机械强度下降，这种腐蚀形态称之为成分选择腐蚀，或称为选择性腐蚀为成分选择腐蚀，或称为选择性腐蚀)。第34页/共79页1.Dezincification 黄铜脱锌1.1 The concept of dezincification黄铜脱锌的概念1.1.1 Layer-type dezincification 层状脱锌：又称为均匀脱锌，黄铜表面象是被一层层地剥走似的。1.1.2 Plug-type dezincification 栓状脱锌：又称为局部脱锌（或带状脱锌），在黄铜的局部表面，由于锌的溶解形成蚀孔，蚀孔有时被腐蚀产物覆盖。第35页/共79页第36页/共79页1.2 The mechanism of dezincification 黄铜脱锌腐蚀的机理1.2.1 锌选择溶解理论锌选择溶解理论：这种理论认为仅是合金表层中的锌作为腐蚀电池的阳极这种理论认为仅是合金表层中的锌作为腐蚀电池的阳极发生选择性溶解，表面层稍里处的锌原子通过表面层上的空位经扩散抵达溶解发生选择性溶解，表面层稍里处的锌原子通过表面层上的空位经扩散抵达溶解反应的地点继续被溶解，留下疏松的铜层反应的地点继续被溶解，留下疏松的铜层。（铜在稀盐酸中的腐蚀）。（铜在稀盐酸中的腐蚀）1.2.2 溶解溶解-沉积理论：沉积理论：这种理论认为腐蚀时铜和锌一起以金属离子的形式进入溶这种理论认为腐蚀时铜和锌一起以金属离子的形式进入溶液，由于铜离子的析出电位比合金的腐蚀电位高，所以铜离子很快便在靠近溶液，由于铜离子的析出电位比合金的腐蚀电位高，所以铜离子很快便在靠近溶解地点的黄铜表面上以纯铜的形式重新沉积。解地点的黄铜表面上以纯铜的形式重新沉积。（铜在浓盐酸中的腐蚀）。（铜在浓盐酸中的腐蚀）第37页/共79页1.3 Influencing factors and controlling measurements 影响因素与控制方法1.3.1介质中的溶解氧有促进脱锌的作用，但即使在缺介质中的溶解氧有促进脱锌的作用，但即使在缺氧的介质中，脱锌的作用亦能够进行。因为锌是相当活氧的介质中，脱锌的作用亦能够进行。因为锌是相当活泼的金属，在纯水中能够通过水的阴极还原生成氢气和泼的金属，在纯水中能够通过水的阴极还原生成氢气和氢氧根离子。氢氧根离子。1.3.2 溶液的滞流状态，含氯离子，或黄铜表面上有疏溶液的滞流状态，含氯离子，或黄铜表面上有疏松的垢层或沉积物都能促进腐蚀，反之则减轻腐蚀。松的垢层或沉积物都能促进腐蚀，反之则减轻腐蚀。1.3.3黄铜的含锌量越高，其脱锌倾向和腐蚀速度越大。黄铜的含锌量越高，其脱锌倾向和腐蚀速度越大。在自然条件下，多半是在含锌量高于在自然条件下，多半是在含锌量高于15%的黄铜上发的黄铜上发现脱锌。现脱锌。1.3.4黄铜中加入少量的砷、锑、锡、磷等可使脱锌敏黄铜中加入少量的砷、锑、锡、磷等可使脱锌敏感性下降。主要是它们起到感性下降。主要是它们起到“缓蚀剂缓蚀剂”的作用，在黄铜的作用，在黄铜表面形成保护性膜，抑制脱锌过程的进行。表面形成保护性膜，抑制脱锌过程的进行。第38页/共79页2.Graphitization of gray cast iron 灰口铸铁石墨化灰口铸铁石墨化灰铸铁中的石墨以片层状分布于铁素体内，在盐水、矿水、土壤及极稀的酸性灰铸铁中的石墨以片层状分布于铁素体内，在盐水、矿水、土壤及极稀的酸性溶液中发生铁素体的选择性腐蚀，作为阴极相的石墨残留下来，结果使灰铸铁溶液中发生铁素体的选择性腐蚀，作为阴极相的石墨残留下来，结果使灰铸铁似乎变成了石墨，故称为灰铸铁石墨化腐蚀。似乎变成了石墨，故称为灰铸铁石墨化腐蚀。灰铸铁石墨化产生的原因：灰铸铁石墨化产生的原因：在腐蚀介质中组成了以铁素体为阳极、片状的石墨在腐蚀介质中组成了以铁素体为阳极、片状的石墨为阴极的高效腐蚀电池，经选择性腐蚀以后，成为石墨、空隙和铁锈构成的多为阴极的高效腐蚀电池，经选择性腐蚀以后，成为石墨、空隙和铁锈构成的多孔体，使铸铁丧失原有的金属属性和性能。孔体，使铸铁丧失原有的金属属性和性能。第39页/共79页第40页/共79页Section 6Intergranular Corrosion 沿晶腐蚀沿晶腐蚀第41页/共79页1.Definition of intergranular corrosion 沿晶腐蚀的概念沿晶腐蚀的概念腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或其它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微，这种腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或其它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微，这种腐蚀便称为沿晶腐蚀，又叫作晶间腐蚀。腐蚀便称为沿晶腐蚀，又叫作晶间腐蚀。第42页/共79页2.Mechanism of intergranular corrosion 沿晶腐蚀的机理沿晶腐蚀的机理2.1 沿晶腐蚀的原因内因：金属或合金本身晶粒、晶界化学成分的差异，导致其电化学性质不同，从而具有沿晶腐蚀的倾向。外因：腐蚀介质能够显示晶粒、晶界的电化学性质不均匀性，在由介质与金属所决定的腐蚀体系中，晶界的溶解电流密度远大于晶粒本身的溶解电流密度时，便可产生沿晶腐蚀。2.2 The Theory of Impoverishment 贫化理论由于晶间析出新相，造成晶界区某一成分的贫化，在腐蚀介质中形成以晶界区为阳极、晶粒本体为阴极的腐蚀电池，晶界处的金属腐蚀溶解，引发沿晶腐蚀。1Cr18Ni9Ti 450880 (Fe、Cr)23C6 Cr12%第43页/共79页第44页/共79页第45页/共79页第46页/共79页第47页/共79页第48页/共79页第49页/共79页2.3 The theory of selective dissolution of impurity or second phase in grain boundary 晶界区杂质或第二相选择性溶解理论晶界的杂质或沿晶分布的第二相优先发生腐蚀溶解，或者第二相本身就构成了腐蚀电池，其中某一组分发生了选择性溶解，导致沿晶腐蚀。该理论较好地解释了超低碳不锈钢相沿晶析出腐蚀及MgZn2、Mg5Al8等的沿晶腐蚀机理。第50页/共79页3.Special kinds of intergranular corrosion 几种特殊形式的沿晶腐蚀几种特殊形式的沿晶腐蚀3.1 Denudation 剥层腐蚀又叫剥蚀、层蚀，指具有沿晶腐蚀倾向的材料经轧制或锻压加工后，在一定的腐蚀条件下，沿着与表面平行的晶界方向发生的沿晶腐蚀。3.2 Weld decay 焊缝腐蚀具有沿晶腐蚀倾向的材料，在焊接的热影响区内有的部位恰好处在析出沉淀相的敏感温度范围之中，在腐蚀介质的作用下，这一部位就会发生沿晶腐蚀，这种腐蚀又称焊缝腐蚀。3.3 Knife-Line Attack 刀线腐蚀刀线腐蚀是稳定化不锈钢经焊接并再次加热后，在紧邻焊缝两侧几个晶粒宽的狭窄范围内发生的沿晶腐蚀，因形似刀刃而得名。第51页/共79页4.Control for intergranular corrosion 沿晶腐蚀的控制措施4.1 Employing high-temperature solution heat treatment(Solution quenching)重新固溶处理4.2 Adding elements that are strong carbide formers(called stabilizers)稳定化处理4.3 Utilizing extra-low-carbon stainless steel 采用超低碳不锈钢4.4 Utilizing Double-phase Stainless steel 采用双相钢第52页/共79页Section 7Stress Corrosion Cracking 应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂第53页/共79页1.Concept of Stress Corrosion Cracking 应力腐蚀开裂的概念应力腐蚀开裂的概念Stress-corrosion Cracking(SCC)refers to Cracking caused by the simultaneous presence of tensile stress and specific corrosive medium.应力腐蚀开裂简称应力腐蚀，它是在拉应力和特定的腐蚀介质共同作用下发生的金属材料的破断现象。2.The conditions of SCC 应力腐蚀产生应力腐蚀产生的条件的条件2.1 Certain tensile stress 一定的拉应力2.2 Sensitive Materials 敏感材料不锈钢、高强钢、Cu、Al、Ti合金等；材料的强度水平越高，越易发生应力腐蚀。2.3 Specific Environment 特定环境第54页/共79页3.The Characteristics of SCC-应力腐蚀开裂的特征 3.1 Stages of Stress Corrosion Cracking 3.1 Stages of Stress Corrosion Cracking 应力腐蚀开裂的几个阶段应力腐蚀开裂的几个阶段3.1.1 裂纹萌生期：由腐蚀引起裂纹或坑蚀阶段。裂纹萌生期：由腐蚀引起裂纹或坑蚀阶段。3.1.2 裂纹稳定扩展期：裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历时间。裂纹稳定扩展期：裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历时间。3.1.3 裂纹的失稳扩展期：裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳导致断裂纹的失稳扩展期：裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳导致断裂。裂。3.2 The Characteristics of SCC 3.2 The Characteristics of SCC 应力腐蚀裂纹特点应力腐蚀裂纹特点应力腐蚀裂纹有沿晶型、穿晶型和混合型三种类型应力腐蚀裂纹有沿晶型、穿晶型和混合型三种类型应力腐蚀裂纹的主要特点是：裂纹起源于表面；裂纹的长宽不成比例，相差几个应力腐蚀裂纹的主要特点是：裂纹起源于表面；裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级；裂纹扩展方向一般垂直于主拉应力方向；裂纹一般呈树枝状。数量级；裂纹扩展方向一般垂直于主拉应力方向；裂纹一般呈树枝状。3.3 Crack Morphology 3.3 Crack Morphology 裂纹断口裂纹断口应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂，在断裂面微观尺度上可观察到明显的塑性应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂，在断裂面微观尺度上可观察到明显的塑性流变的痕迹。由于腐蚀介质的作用，断口表面颜色暗淡，显微断口上往往可见腐流变的痕迹。由于腐蚀介质的作用，断口表面颜色暗淡，显微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。蚀坑及二次裂纹。第55页/共79页第56页/共79页4.The mechanism of SCC 应力腐蚀开裂机理 4.1 Anodic dissolution theory 4.1 Anodic dissolution theory 阳极溶解理论阳极溶解理论裂纹尖端的应力集中使晶界、滑移带、相界面等处产生变形，或者将裂纹拉开，裂纹尖端的应力集中使晶界、滑移带、相界面等处产生变形，或者将裂纹拉开，使之成为新的活性阳极，形成裂纹尖端大阴极小阳极的闭塞腐蚀电池，由于闭塞使之成为新的活性阳极，形成裂纹尖端大阴极小阳极的闭塞腐蚀电池，由于闭塞电池的自催化作用使裂纹前沿具有非常大的溶解速度。电池的自催化作用使裂纹前沿具有非常大的溶解速度。4.2 Film rupture theory 4.2 Film rupture theory 膜破裂理论膜破裂理论腐蚀产物膜在应力作用下引起破坏、裸露出活性金属基体，与膜未破裂处构成大腐蚀产物膜在应力作用下引起破坏、裸露出活性金属基体，与膜未破裂处构成大阴极小阳极的腐蚀电池。阴极小阳极的腐蚀电池。4.3 Hydrogen embrittlement mechanisms 4.3 Hydrogen embrittlement mechanisms 氢脆理论氢脆理论强调氢在应力腐蚀中起着重要的作用，裂纹尖端溶液酸化，氢离子浓度提高，在强调氢在应力腐蚀中起着重要的作用，裂纹尖端溶液酸化，氢离子浓度提高，在裂纹尖端微阴极上被还原以后，变成吸附氢原子向金属内部扩散，使裂尖区脆化，裂纹尖端微阴极上被还原以后，变成吸附氢原子向金属内部扩散，使裂尖区脆化，张应力使裂尖区脆断，促进裂纹扩张，等等。张应力使裂尖区脆断，促进裂纹扩张，等等。第57页/共79页应力腐蚀开裂模型第58页/共79页5.Influencing factors and prevention of SCC 影响因素及防止措施5.1 合理选材合理选材5.2 控制应力分布控制应力分布5.3 控制腐蚀介质控制腐蚀介质5.4 电化学保护电化学保护第59页/共79页Section 8 Corrosion Fatigue 腐蚀疲劳腐蚀疲劳第60页/共79页1.Concept of corrosion fatigue腐蚀疲劳的概念金属在腐蚀介质和交变应力共同作用下引起的破坏为腐蚀疲劳。2.The characteristics of corrosion fatigue 腐蚀疲劳的特点2.1腐蚀疲劳没有材料与介质之间明确限定的组合关系，可以在大多数水溶性介质中发生。2.2疲劳腐蚀无下限临界应力值。2.3 腐蚀疲劳裂纹多为穿晶型，断口疲劳区有腐蚀产物。2.4 腐蚀疲劳不受电位区段的限制，可以在活化区也可以在钝化区发生。第61页/共79页3.The mechanism of corrosion fatigue 腐蚀疲劳机理一般认为，金属在交变应力的作用下，某些部位先产生塑性变形，造成表面电化学性一般认为，金属在交变应力的作用下，某些部位先产生塑性变形，造成表面电化学性质的不均匀，形成腐蚀电池。金属应变部位为阳极而未变形处为阴极，阳极腐蚀生成质的不均匀，形成腐蚀电池。金属应变部位为阳极而未变形处为阴极，阳极腐蚀生成微裂纹，裂纹在应力和腐蚀介质共同作用下沿滑移面扩展，故多产生穿晶开裂。微裂纹，裂纹在应力和腐蚀介质共同作用下沿滑移面扩展，故多产生穿晶开裂。第62页/共79页4.Influencing factors of corrosion fatigue 影响腐蚀疲劳影响腐蚀疲劳的因素的因素4.1 Mechanics factors 力学因素4.1.1 Stress cycle parameters 应力循环参数 应力循环频率 应力不对称系数4.1.2 Types of corrosion loading 疲劳加载方式 扭转疲劳 旋转弯曲疲劳 挤压疲劳4.1.3 Stress concentration 应力集中4.2 Environmental effect 环境因素的影响 4.2.1 Temperature 温度：随温度的升高，材料的耐腐蚀疲劳性能下降，而对纯疲劳性能的影响较小。4.2.2 Corrosive medium 介质的腐蚀性：介质的腐蚀性越强，腐蚀疲劳强度越低。第63页/共79页第64页/共79页4.3 Material effect 材料因素的影响4.3.1 Corrosion resistance 材料的耐蚀4.3.2 Microstructure 组织结构4.3.3 Superficial state 表面状态5.Prevention of corrosion fatigue 腐腐蚀疲劳防止措施蚀疲劳防止措施合理选材，降低应力，采用缓蚀剂和保护合理选材，降低应力，采用缓蚀剂和保护涂层及电化学保护涂层及电化学保护。第65页/共79页腐蚀疲劳（案例）-抽油杆腐蚀疲劳断裂抽油杆腐蚀疲劳断裂腐蚀沟槽裂纹源区第66页/共79页Section 9 Erosion corrosion 磨损腐蚀磨损腐蚀第67页/共79页1.The concept of erosion corrosion 磨损腐蚀的概念磨损腐蚀的概念Erosion corrosion is the acceleration or increase in rate of deterioration or attack on a metal because of relative movement between a corrosive fluid and metal surface 磨损腐蚀是指在磨损和腐蚀的综合作用下材料发生的加速腐蚀破坏。摩振腐蚀、湍流腐蚀和空泡腐蚀第68页/共79页2.Fretting corrosion 摩振腐蚀摩振腐蚀定义：摩振腐蚀又叫微动腐蚀、摩擦氧化，指在有氧气存定义：摩振腐蚀又叫微动腐蚀、摩擦氧化，指在有氧气存在的气体环境中，加有载荷的固体相互接触的表面之间由在的气体环境中，加有载荷的固体相互接触的表面之间由于振动或滑动所产生的腐蚀。于振动或滑动所产生的腐蚀。2.1 Requirements for fretting corrosion 产生摩振腐蚀的条件2.1.1 承受载荷的界面存在振动或滑动。承受载荷的界面存在振动或滑动。2.1.2 载荷和相对运动使界面产生滑移和变形。载荷和相对运动使界面产生滑移和变形。2.1.3 有腐蚀介质参与作用。有腐蚀介质参与作用。2.2 The mechanisms of fretting corrosio