化工设备腐蚀与防护.docx

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1、化工设在病蚀与防步文念殖合肥通用机械探时所5.1 金JR材料属该学向微述5.1.1 篇W1.分类a,按腐蚀机理分类r电化学腐蚀、化学腐位b、按腐蚀破坏形式分类：匀秋腐蚀、局部腐蚀局部腐点蚀、健隙腐注、电儡腐蚀、品间腐蚀、应力腐蚀，氮致开裂、软腐蚀、腐蚀疲惫,脚接腐蚀成分选择性腐馆等C、按腐蚀环境分类：高温腐馋、湿腐馋、土塘腐蚀、沉淀腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、tn腐饨、氧腐蚀、盐腐蚀、坏烷酸腐蚀、翅腐蚀*成化软腐饨.连多破酸腐讪、海水腐蚀、破化乳-氯化氢-水型腐蚀.玻化氢-乳筌腐蚀、破化城-氧化物，K型得蚀等UJ&Hieitt”0罐裂AWNttff1.-1腐MI的不同形态5.1.2 金J1.电化学篇

2、UK理与阴阳根反应放入水或其他电解版中有电极电位与存在按加凡尼电位序钾(K)、纳(Na)、(Mgffi(AI).锌(Zn)、镉(Cd)、铁(Fe)、fft(Co),W(Ni),铸(Sn)、铝(Pb)、IH(Cu).银(Ag)、珀(Po、金(AII)可能导致电位差的因素不同材料、同一材料内的化学或物理性质不匀称(成分偏析、金相组织差异、残余的力(焊接、冷变形)典里的阴极反应：酸性水溶液中2H*+2eH2性水溶液中有溶蝌辄存在时2H+1/20.+2cHQ在脱气的碱性溶液中H2O+c12H,+OH在含氧的硬性溶液中H3O1/20,2e20H溶液中存在高价金属离子CUCu+2e-Cu有机化合物的还原R

3、O+4c+4H-RH.+HjOR+2e+2HRH2溶液中的氧化性酸或鱼离子还原NO,+2H+eNO；+H3O5.1.3 化工设备常见的电化学属惊类型1 .点位点蚀现软孔律是高度痂部的腐蚀形态.金属表面的大部分不腐蚀或腐饨稍战，只在局部发生一个或一些孔，孔有大有小,般孔衣面ri径等于或小于孔深.点蚀机理：C1.Br.1使钝化朦破抽、电位茏、闭塞电池、PH值下降,CI禹f进入、HCI形成等防止点蚀的措施：1、含MC不锈钢2、酸洗地化3,避开死角、保证介质流淌顺畅铝的点他观望碳钢的点蚀现以2 .篇惊现象：种特殊的点讪现般.常和孔穴、垫片底面、搭接健*表面沉积物.娘栓帽和例钉下的缝隙中积存的少量静止溶

4、液有关.不锈钢对缝隙腐蚀特殊敏据机理:Evans理论内外金风离子浓度差形成浓至电池Fontanc-GrccncK浓差理论,Si隙内外权的浓度差形成浓差电池作用.缝隙内忖部优先溶解.发生阴极和用极反应.氧消耗使缝隙内阳极反应受抑制，生成的0H削减,C1.补充进入缝隙生成金属盐水解生成盐酸PH值降低-腐蚀加刷避开健隙腐蚀的指施与点蚀相同3 .电偶篇惊机理：两种不同电位金属电极构成的宏观原电池的窗蚀电位高的成为阳极，腐独加明。电位低的为阴极.腐蚀减轻.削减电隅腐蚀帧向的措施1选用电位差小的金属S1.合2,避开小阳极*大阴极,减援腐蚀逑率3.用涂料、垫片等使金屏间绝缘4、采纳阴极爱护4 .*间府蚀奥氏

5、体和铁素体不锈钢特有的种腐蚀形式在晶界及旁边区域发生选择性腐蚀5.2.4 关于材料因索的描述产生应力,腐蚀开裂的材料和环Jftai合材料环境碳钢及低合金钢MOH溶液、NaoH-溶2SiO3溶液,硝酸盐溶液.1溶液,COYO2”M)溶液.C0*HCN+H2S+NH3浓氧，HzS溶液,海水，混酸(H2S01.+HN0)CO12+HCO3奥氏体不锈纲烈化物溶液，海水.高温水,NaOH溶液连多破峻，HdHfOdNaCIHjS溶液马氏体不锈纲海水、NaC1.溶液,NaC1.+H8溶液,NaoH溶液、NH1.溶液,硝酸、硫酸,HsO+HNCh溶液.HQ溶液,诙温柔高压水,高温碱蒙乃尔7S%NaOH的沸酶溶

6、液，有机筑化物，汞化合物，大于427IC蒸汽，HF锹脸合金SfcNaOH,HCN+杂桢，260C以上的硫，427伫以上的蒸汽因科乃尔合金HF,NaOH溶液(260427*C)水然气+SO”高浓度Naf水溶液，浓缩的揭炉水钛、钛分金海水、盐水、有机酸、WfttNaOH,盐酸、能化物，三级乙烯，红色硝酸HR化工设备的应力腐蚀开裂常用破素例如：10号、20号、20g,Q235等强度低，煤接热影响区脆硬帧向小，发生应力腐蚀开裂的几率较低,主要介质I珀酸盐溶液.液氨.海硫化城、乳祖酸2任合外!化工设备的废力腐14邦良化工设各常用低合金剂化16MnR、15MnVR,18MnMoNb.07MnCrMovR等

7、主要的应力腐蚀开我发生在湘硫化乳介质中氧致死裂与应力腐浊的区分3.1HM氏体不HR4t工设备引起Cr-Ni奥氏体不锈钢品间型电力腐蚀的介册和条件介质材料的热处理状态备注四硫酸钾(K2S4O6)敬化态水中仅含2ppm,室温卜也可产生连多硫酸坡化态室温下也可产生仅含氧的希温水囿溶态例如.2881涌水核反应堆条件下pH10的碱性而湖水冏溶态当有缝隙存在时含NaOH的高温水固溶态例如,316C时的10%和45%NaOH硫酸+ci-水溶液固溶态在室温下也可产生含er的中性水收化态即使空温下也能产生含Cc的高温水败化态例如,在250350Q时含F的水敏化态室温下.仅2ppm广也可产生玷酸+ci-的水溶液政

8、化态海洋和工业大气敢化态5.2.5 应力腐蚀开裂的机理机械化学区设机械作用使爱护膜裂开.金属活化(形成阳极)化学作用一一电化学腐蚀(阳极溶解、阴极析乳应力腐蚀的机理很困难，依据左景伊提出的理论，裂开的发生和发展可区分为三个阶段：金M表面生成钝化原或爱护疑:腹局部裂开，产生蚀孔或裂统源:裂缝内发生加速腐蚀，在拉应力作用E以垂百.方向深化金属内部.网的码邮俄评小界讯茂M力比勒川8对值0wff1.Jw33送110/Iy饰唯.iKI1ffMKIietMM1或缺位虐ww(wifM-M,*2e功力竽位N1.退出,仲速度化.满仅用笈忖区FxX&收应力场作刖R原裂歧明敏反应MFef1.?力学,反应物/%Iam

9、aII值0t丽讯次1.-J1.作用和口ff1.411金应力腐馍系统概貌（41p23）图的上邮示出水溶液中阳离子浓度A*、阴离子浓馍b、复合鹿于浓度MX，、应为战出系统概我-滑移阶梯-示意图u）金及灰面生成一层爱护股；（b）金属花拉应力的作用下产生滑移-变形:c）金国产生较大的1猾格龄出”为边爱护联拄破5.2.6 应力腐t囊或形貌称征分叉、树根状泥状花样、二次裂纹、扇形花样、准解理（或沿品）等16MR赢酸盐中的应力粕蚀断口奥氏体不锈钢的沿晶应力腐蚀断口5.2.7 石油化工化工设备腐加R开的六粒M要彩式1 .湿硫化氮应力腐饨开裂2 .在戚溶液中的应力腐独开裂（嘴脆）3 .在液窗中的应力腐蚀开裂4

10、.在CO-CO2-H2O环境中的应力腐饨开裂5 .氯化物应力燃饨开裂6 .连多硫酸应力,腐蚀开裂1. 应力腐像开衰湿硫化氮对容器的损伤过程如下：硫化氮在水中发生水解反应：H2S-H,*HS-1 -HJS水解后的能化氮水溶液与钢的表面接触所发生电化学反应，反应过程如下:阳板反应：Fe-Fc+2cSOH1.C-SSC阳极反应的二次过程：F+S-FeS阴极反应；2H2e-2H+H2t1-2H（渗透）4种表现形式：1氢鼓泡HB）2城致开裂（H1.C）3）应力导向瓠致开我（SOHIC）4硫化应应力腐蚀开裂（SSCC3 .在液氨中的应力腐蚀同时具需以卜条件的属氨应力腐蚀开裂的典型环境：I介质为液占我，其中

11、的含水质低于0.2%并有可能受到O2或Ca的污染（NZ也是必要的）：2）介质品度高于-5C.对碳钢和低合金钢而言，液氨中加入0.2的水可起到级蚀作用，从而可暴木上避开断裂的发生，但对抗拉强度高于800MPa的调质高强铜，加水不能完全抑制裂纹的产生。级应力腐蚀裂纹属阳极溶解型.并一般是穿品形式扩展.4 .在COCO2H2O环境中的应力腐蚀开衰发生的装置：合成氨、制乳的脱碳系统、燃气系统、气瓶等机理：CO2溶于水后生成碳酸，PH伯下降致3.3,再通入CO可起缓蚀剂的作用阻挡了全面腐蚀的发生；应力3致滑移形成台阶，簇新金属暴露，成为阳极，吸附Co的表面成为阴极,阳极发生溶解，应力斓饨开裂发生5 .氯

12、化物应力腐蚀开裂（C1.SCC）C1.SCC一般发生在金属部度高于（65C）的状况下。对CISCC最敏感的是含Ni8%的奥氏体不锈钢（如300SS系列.304,316等）.疑化物SCC的做规形貌呈典型的穿晶及多分支特征.但有过沿品应力腐蚀开裂的报道*关于策化物应力腐蚀开裂的5种假设I）吸冏理论氯离子吸附在裂及尖端2）电化学理论FH极溶解3）版破坏理论饨化黑破损.局部溶解4）腐蚀产物契入理论腐蚀产物契入裂税尖端5）级聪理论级致开裂马氏体不锈钢，形变诱导马氏体）裂纹特征I、起自于不侑钢表面且分布具有明显的同部性：2,裂税的走向与所受应力，特殊是与残余应力有亲密关系；3、裂奴常足龟裂和风干木材状,裂

13、线旁边没有电性变杉；4、应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型.但也多见沿晶型和穿品+沿品混合型：裂纹的宽度较小：断“形貌应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂.断口的微观形貌，穿晶里多为准解理断裂，并常见河流,网形，色骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花样.6 .建多破医力腐饿开裳连多破酸（H2SxO6）应力腐蚀开裂在催化裂化、脱嫉、加乳裂化、催化JE整装置中的取发生，在连多硫酸环境下,一些敏感M料（如18-8不伤纲在堆化热处理或类似收化温度的焊接热影响区局部区域.会由于晶界抗化，从而使材料晶间快速腐蚀和开裂.裂触总是在IS间出现和发展并且只须要相府较低的拉应力水平。1）奥氏体不锈钢设备在运行过程中由

14、于硫化乳（H2S）的腐蚀在表面生成碗化铁（FeS）.2）停工、降温并打开设备后大气中的水分和氧与腐蚀产物接触反应生成连多硫酸，反应式为：3FeS+5AFe2FeOt3S02SO2+H2O-HzSO3H2SO3H202-H2SO.,H2SO,+FeS-Feso1.+H2SHoSO1HoSAB112S10+nS中碳或高碳奥氏体不锈钢如（304/3OqH和316/316H）的焊接热膨响区对SCC特殊改掇，低碳含做0.03%）在低于427C状况下SCC的敏博性较低,含忏稳定化元素的奥氏体不锈艳如321（含Ti）和347（Nb）经秘定化热处理后对PTA的SCC般感性较低.依据XACERP01-7/爆油厂

15、停工期间奥氏体不锈钢设备连多硫酸应力寐蚀开裂的预防”标准中举荐的削减或消退PTA的方法，为了预防连多破酸应力腐蚀的发生，应在停工之后马上用以性水或纯被溶液时设备进行冲洗，并在停工期间用干燥的瑟气吹扫设备以防止空气进入.5.2.8对应力腐蚀环境中运用的化工设备设计、制造、检Ift的几项要求1、NaOH溶液不进行焊后或冷成型后消退应力热处理的媵钢和低合金钢在NaOH溶液中的运川温度上限表5.2-2NaOH溶液中的运用温度上限NaoH溶液(Ifiht%235IO1520304()506070温度上限（C）90888576706554484340382、漫HQ应力腐蚀（1）腐蚀环境同时符合以卜各项条件

16、时即为湿HjS应力腐蚀环境1）温嗖小于等干（6（H-2P）C;P为工作压力（衣压,MPa）2）H,S分任大于等于0.00035MPUX相Ij.常阻水中的溶解度约IOPPm）3）介质中含有液相水或处于露点温度以下：4）PH值小于9或介侦中行初化物存在.()三rrrvn（）（0处接接头腐馆1.的类罂a：b）煌缝的部联蚀：（C）母材马郤腐蚀：（d）热影响区晶何得通；e讲继蔚何腐说；（f）刀状腐说1 .匀称腐蚀上图（G具有单相或弥散状的多相组织的金属，当全部表面受到介质匀称作用时产生的腐蚀称匀称腐蚀，大多是发生在酸性环境中，2 .局部腐惊当合金成分或组织严峻不匀称,或在局部区域有气孔、裂纹、夹杂物等缺

17、陷时.常常会引起局部腐蚀。这种腐蚀有时在焊缝上，有时在母材上，见图（b）（c）.依据遭遇腐蚀部分的大小和形态可称为点状腐蚀和缝隙腐蚀.在很多场合下，点腐蚀与应力腐蚀同时存在。3 .间腐蚀这是一种沿着晶间深化到金属内部的腐蚀.由于这种腐蚀在表面破坏很少,甚至觉察不出来，因而也是最危急的失效形式，在焊接接头中常产生于热影晌区，有时也在焊缝中产生，见图d（e.赭界会快速被溶解，晶粒也会随希其晶界屈蚀程度的加剧脱落下来，以致在敲打时也不会发出金属声音。4 .刀状腐蚀晶间腐蚀的另一种形式,它犹如刀刃状深化到内部.故称,刀状腐蚀”或“刃状蚀见图（f）.发生部位：在紧邻焊接接头的熔合税母材一借的狭窄区域内.

18、尺寸；起先时甯度不过35个晶粒，渐渐扩展，最大可达1.15mm,对电液焊焊接接头可达35nm,危杏：具有品间破坏的性质,严竣时会使整条烬缱发生剥落,危宙很大。缘由：刀状腐蚀的缘由是在焊接接头冷却或多次焊接时，在狭窄的特定区域内溶解在TiC中的碳析出和t结合成山格的催化恪和,造成贫信区,导致品间腐蚀B是稳定化不快钢一种特彳!的晶间腐蚀.534晶间腐蚀机理品间黄珞3致焊缝金属产生品间腐蚀。两种状况：I）焊态时已右然的碳化物的沉淀,因而形成贫恪层.易于出现在焊接线能信过大或多层焊的条件下.2）是在坪态时具有较好的耐蚀性，却在律后经受了敢化加热的条件而出现钻的碳化物的沉淀。此外还有一种非敏化态晶间腐蚀

19、,腐蚀的发生与跋格无关.1.第一种被化彩晶闾腐惊容器制造过程中，如经热加工、焊接诫热处理，使不侨钢材料在450-85（XC9度区域内滞曲.则磁的溶解度会降低，在晶粒边界析出富铭的碳化物相，诱发析出富锚碳化物相的温度区间称为敏化区：侬化区的温度称为敏化遍度。奥氏体和双相不锈钢的敏化温度为4508S0C,铁本体不锈钢的敢化温度在85OC以上.1.1.1 敏化态闾腐惊不含稳定化元素或含碳及较高的奥氏体不锈钢,经过焊接热循环的作用，焊接接头旁边的母材会出现敏化区.敏化区是处在峰值温度达到600axrc的部位。因为焊接是个快速的连续加热过程，而钻碳化物的沉淀是一个扩放过程，须要足弊时间才能充分进行,所以

20、煤接时珞碳化物的沉淀必定出现较大的“过热度”.儿非敏化本晶间腐蚀奥氏体不锈钢在固溶热处埋后（即固溶态或称非敏化态），晶粒间并不存在泊悟碳化物等其他相的状况下，有时也会发生品间腐馋（如在强辄化性介质中八这与敢化态晶间腐蚀有箱本质的区分，被称为非敢化态晶间腐蚀。非收化态品何腐蚀的主要缘由是不锈钢中除、硅等元泰在晶粒边界的角聚而引起的，W1.相对晶间馋通道的影响a懈必b)敏化态5.3.5 饵金相蛆织对晶间腐蚀的影嘀(1)含碳於越高.晶间腐蚀便向越大：(2)焊缝中稳定化元家和族的数双比(ft,要比母材现定伯大一些才好：(3)单相奥氏体具有柱状晶特征，敢化处理后，出现的觉镭层货穿于晶粒之间构成解蚀介质集

21、中的耀坟通道:(4)焊为丫+6双相处织时树枝品被打散，对腐蚀介质不构成集中的腐蚀通遒，品间腐饨慎向可以降低：(5)一般希望相的数量:为312%比较相宜.5%左右的5相是可以获得比较满足的抗晶间腐蚀性能的：(6)一般用金相法或磁性法检测3相的数衣.也常刖焊缝组织图,即舍夫朝图或福龙图来进行估算.(7)但8相的存在会引起两个问题：。相脆化和相选择性腐蚀。5.3.6 刀状*位机理详述1、现望和识别：在含TiNb的Cr-Ni奥氏体不精捌焊缝与母材之交界处的很窄区域内产生严峻腐蚀,而出材和焊缝本身则腐蚀稽微，达至未见腐蚀，金相显微镜下视察可见帔化态晶间腐蚀的特做.探讨花明，含Ti的CrNi不锈钢，无论是

22、在氧化性介颂，还是在还凝性介质中，均可产生刀状腐蚀.刀M1.区一.处接热比响K微化物的分布(模拟规能Irt20KJjCm的热然环,并经65OT-5O小时政化处理)2、机理:含Ti(Nb)的Cr-Ni奥氏体不锈钢固溶处理后钢中的Ti(或Nb)人都以TiaNbC)的形式存在。但经焊接后，与煌健相邻的高温=1150,C狭窄区域内TiqNbC)就会分解(高温过热).蝌中碳便会溶于奥氏体基体中.在随后的冷却过程中，当此高温区通过4处850匕，即敢化温度范用时，又会有大呆窗铭的MUG,(CG0沿晶界析出(中温殷化)，从而导致晶界铭的茴化，在介质作用下便会出现刀状旗蚀，因此，刀状腐蚀系含Ti(Nb)的ONi

23、奥氏体不锈钢在焊摄熔合线上出现的一种品间腐蚀,是钢中TiqNbC)分解.Ti和C溶解,随后宓格的x”足6折出.形成贫格区的结果.本质上与敏化态晶间腐蚀没有区分.3防止产生刀蚀的措施(1)选材：城好采纳制低碳不锈钢,有稳定化元素的钢，其含碳状依希里小于0.06%以下.(2)调整煤接工艺：削减近缱M过热、潮开在煤接过程中产生“中温做化”.例如，面对腐蚀介侦的焊缱要角终焊接，尽可能避开交叉焊缝，削减焊缝的接头等。双面焊缝中接触腐馋介侦的面焊缝无法支配在最终焊接时，应调整焊道尺寸形态及焊接规范,使其次面好舞所产生的坡化ifi度区(60010()0X3不落在第一面焊缱表面的过热区上,否则就会产生刀蚀.(3)热处理：对于难以避开在桃化温僮(450-850-C)下工作的容涔.也可通过埠后稳定化处理改善其抗蚀性能。J1.次血W8!的彼化区对刀独的影晌种理接过程中产生“中淞故化”的状况537防止事间腐蚀的措*1.奥氏体不锈钢(1)降低含碳量,提高钢的纯净度(N、P)：(2)添加稳定化元素Ti、Nb:(3)固溶处理；(4)遵循无冷加工后热处理的潦则：(5)限制晶粒度,增加晶界面枳2、铁索体不俯钢(I)降低含碳含,提高钢的纯净度(N、P)；(2)添加稳定化元素Ti,Nbs(3)视钢种不同在650850C固溶处理：(4)对含银的钢应视其含信选择热处理规他.