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碳钢腐蚀速率计算公式_压力管道用金属材料的腐

  金属腐蚀的危害性是十分普遍的而且也是十分严重的。腐蚀会造成重大的直接或间接损失会造成灾难性重大事故而且危及人身安全。因腐蚀而造成的生产设备和管道的跑、冒、滴、漏会影响生产装置的生产周期和设备寿命增加生产成本同时还会因有毒物质的泄漏而污染环境危及人类健康。

  化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。金属在高温气体中的硫腐蚀、金属的高温氧化均属于化学腐蚀。

  电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质发生电化学反应而引起的破坏。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀如金属在大气、海水、土壤和各种电解质溶液中的腐蚀都属此类。

  物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解而引起的破坏。其特点是当低熔点的金属溶入金属材料中时会对金属材料产生“割裂”作用。由于低熔点的金属强度一般较低在受力状态下它将优先断裂从而成为金属材料的裂纹源。应该说这种腐蚀在工程中并不多见。

  全面腐蚀也称均匀腐蚀是在管道较大面积上产生的程度基本相同的腐蚀。均匀腐蚀是危险性最小的一种腐蚀。

  ② 均匀腐蚀常用单位时间内腐蚀介质对金属材料的腐蚀深度或金属构件的壁厚减薄量(称为腐蚀速率)来评定。SH3059标准中规定腐蚀速率不超过0.05mm/a的材料为充分耐腐蚀材料腐蚀速率为0.050.1mm/a的材料为耐腐蚀材料腐蚀速率为0.10.5mm/a的材料为尚耐腐蚀材料腐蚀速率超过0.5mm/a的材料为不耐腐蚀材料。

  局部腐蚀又称非均匀腐蚀其危害性远比均匀腐蚀大因为均匀腐蚀容易被发觉容易设防而局部腐蚀则难以预测和预防往往在没有先兆的情况下使金属构件突然发生破坏从而造成重大火灾或人身伤亡事故。局部腐蚀很普遍据统计均匀腐蚀占整个腐蚀中的17.8%而局部腐蚀则占80%左右。

  ① 集中在全局表面个别小点上的深度较大的腐蚀称为点蚀也称孔蚀。蚀孔直径等于或小于深度。蚀孔形态如图1所示。

  ② 点蚀是管道最具有破坏性的隐藏的腐蚀形态之一。奥氏体不锈钢管道在输送含氯离子或溴离子的介质时最容易产生点蚀。不锈钢管道外壁如果常被海水或天然水润湿也会产生点蚀这是因为海水或天然水中含有一定的氯离子。

  钝化膜的不完整部位(露头位错、表面缺陷等)作为点蚀源在某一段时间内呈活性状态电位变负与其邻近表面之间形成微电池并且具有大阴极小阳极面积比使点蚀源部位金属迅速溶解蚀孔开始形成。

  已形成的蚀孔随着腐蚀的继续进行。小孔内积累了过量的正电荷引起外部Cl-的迁入以保持电中性继之孔内氯化物浓度增高。由于氯化物水解使孔内溶液酸化又进一步加速孔内阳极的溶解。这种自催化作用的结果使蚀孔不断地向深处发展如图2所示。

  ④ 溶液滞留容易产生点蚀增加流速会降低点蚀倾向敏化处理及冷加工会增加不锈钢点蚀的倾向固溶处理能提高不锈钢耐点蚀的能力。钛的耐点蚀能力高于奥氏体不锈钢。

  ⑤ 碳钢管道也发生点蚀通常是在蒸汽系统(特别是低压蒸汽)和热水系统遭受溶解氧的腐蚀温度在80250℃间最为严重。虽然蒸汽系统是除氧的但由于操作控制不严格很难保证溶解氧量不超标因此溶解氧造成碳钢管道产生点蚀的情况经常会发生。

  当管道输送的物料为电解质溶液时在管道内表面的缝隙处如法兰垫片处、单面焊未焊透处等均会产生缝隙腐蚀。一些钝性金属如不锈钢、铝、钛等容易产生缝隙腐蚀。

  缝隙腐蚀的机理一般认为是浓差腐蚀电池的原理即由于缝隙内和周围溶液之间氧浓度或金属离子浓度存在差异造成的。缝隙腐蚀在许多介质中发生但以含氯化物的溶液中最严重其机理不仅是氧浓差电池的作用还有像点蚀那样的自催化作用如图3所示。

  ① 焊肉被腐蚀成海绵状这是奥氏体不锈钢发生的δ铁素体选择性腐蚀。

  为改善焊接性能奥氏体不锈钢通常要求焊缝含有3%10%的铁素体组织但在某些强腐蚀性介质中则会发生δ铁素体选择性腐蚀即腐蚀只发生在δ铁素体相(或进一步分解为σ相)结果呈海绵状。

  ② 热影响区腐蚀。造成这种腐蚀的原因是焊接过程中这里的温度正好处在敏化区有充分的时间析出碳化物从而产生了晶间腐蚀。

  晶间腐蚀是腐蚀局限在晶界和晶界附近而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀形态其结果将造成晶粒脱落或使材料机械强度降低。

  晶间腐蚀的机理是“贫铬理论”。不锈钢因含铬而有很高的耐蚀性其含铬量必须要超过12%否则其耐蚀性能和普通碳钢差不多。不锈钢在敏化温度范围内(450850℃)奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬化合成Cr23C6沿晶界沉淀析出。由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢这样生成Cr23C6所需的铅必然从晶界附近获取从而造成晶界附近区域贫铬。如果含铬量降到12%(钝化所需极限含铬量)以下则贫铬区处于活化状态作为阳极它和晶粒之间构成腐蚀原电池贫铬区阳极面积小晶粒阴极面积大从而造成晶界附近贫铬区的严重腐蚀。

  ③ 熔合线处的刀口腐蚀一般发生在用Nb及Ti稳定的不锈钢(347及321)。刀口腐蚀大多发生在氧化性介质中。刀口腐蚀示意如图4所示。

  也称冲刷腐蚀。当腐蚀性流体在弯头、三通等拐弯部位突然改变方向它对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的电化学腐蚀从而造成比其他部位更为严重的腐蚀损伤。这种损伤是金属以其离子或腐蚀产物从金属表面脱离而不是像纯粹的机械磨损那样以固体金属粉末脱落。

  如果流体中夹有气泡或固体悬浮物时则最易发生磨损腐蚀。不锈钢的钝化膜耐磨损腐蚀性能较差钛则较好。蒸汽系统、H2S-H2O系统对碳钢管道弯头、三通的磨损腐蚀均较严重。

  对于含水蒸气的热腐蚀性气体管道在保温层中止处或破损处的内壁由于局部温度降至露点以下将发生冷凝现象从而造成冷凝液腐蚀即露点腐蚀。

  对于化工厂的碳钢管线c;这种腐蚀有时会很严重因为化工厂区的大气中常常含有酸性气体比自然大气的腐蚀性强得多。

  金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的断裂破坏称为应力腐蚀破裂。发生应力腐蚀破裂的时间有长有短有经过几天就开裂的也有经过数年才开裂的这说明应力腐蚀破裂通常有一个或长或短的孕育期。

  应力腐蚀裂纹呈枯树枝状大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型(沿晶型)和两者兼有的混合型。

  应力的来源对于管道来说焊接、冷加工及安装时残余应力是主要的。

  并不是任何的金属与介质的共同作用都引起应力腐蚀破裂。其中金属材料只有在某些特定的腐蚀环境中才发生应力腐蚀破裂。表1列出了容易引起应力腐蚀开裂的管道金属材料和腐蚀环境的组合。

  表1 易产生应力腐蚀开裂的金属材料和腐蚀环境组合(选自SH 3059附录E)

  金属在碱液中的应力腐蚀破裂称碱脆。碳钢、低合金钢、不锈钢等多种金属材料皆可发生碱脆。碳钢(含低合金钢)发生碱脆的趋势如图5所示。

  由图5可知氢氧化钠浓度在5%以上的全部浓度范围内碳钢几乎都可能产生碱脆碱脆的最低温度为50℃所需碱液的浓度为40%50%以沸点附近的高温区最易发生。裂纹呈晶间型。奥氏体不锈钢发生碱脆的趋势如图6所示。氢氧化钠浓度在0.1%以上的浓度时18-8型奥氏体不锈钢即可发生碱脆。以氢氧化钠浓度40%最危险这时发生碱脆的温度为115℃左右。超低碳不锈钢的碱脆裂纹为穿晶型含碳量高时碱脆裂纹则为晶间型或混合型。当奥氏体不锈钢中加入2%钼时则可使其碱脆界限缩小并向碱的高浓度区域移动。镍和镍基合金具有较高的耐应力腐蚀的性能它的碱脆范围变得狭窄而且位于高温浓碱区。

  氯离子不但能引起不锈钢孔蚀更能引起不锈钢的应力腐蚀破裂。

  不锈钢氯离子应力腐蚀破裂不仅仅发生在管道的内壁发生在管道外壁的事例也屡见不鲜如图7所示。

  SxO6。在Cr-Ni奥氏体不锈钢管道的残余应力较大的部位(焊缝热影响区、弯管部位等)产生应力腐蚀裂纹。(4)硫化物腐蚀破裂

  ① 金属在同时含有硫化氢及水的介质中发生的应力腐蚀破裂即为硫化物腐蚀破裂简称硫裂。在天然气、石油采集加工炼制石油化学及化肥等工业部门常常发生管道、阀门硫裂事故。发生硫裂所需的时间短则几天长则几个月到几年不等但是未见超过十年发生硫裂的事例。

  甚至在小于10-6的浓度下也会发生。碳钢和低合金钢在2040℃温度范围内对硫裂的敏感性最大奥氏体不锈钢的硫裂大多发生在高温环境中。随着温度升高奥氏体不锈钢的硫裂敏感性增加。在含硫化氢及水的介质中如果同时含醋酸或者二氧化碳和氯化钠或磷化氢或砷、硒、锑、碲的化合物或氯离子则对钢的硫裂起促进作用。对于奥氏体不锈钢的硫裂氯离子和氧起促进作用304L和316L不锈钢对硫裂的敏感性有如下的关系H

  钢的强度越高越易发生硫裂。钢的硬度越高越易发生硫裂。在发生硫裂的事故中焊缝特别是熔合线是最易发生破裂的部位这是因为这里的硬度最高。NACE对碳钢焊缝的硬度进行了严格的规定≤200HB。这是因为焊缝硬度的分布比母材复杂所以对焊缝硬度的规定比母材严格。焊缝部位常发生破裂一方面是由于焊接残余应力的作用另一方面是焊缝金属、熔合线及热影响区出现淬硬组织的结果。为防止硫裂焊后进行有效的热处理十分必要。

  氢渗透进入金属内部而造成金属性能劣化称为氢损伤也称氢破坏。氢损伤可分为四种不同类型氢鼓泡、氢脆、脱碳和氢腐蚀。

  在金属表面的吸附对氢原子复合氢分子有阻碍作用从而促进氢原子向金属内渗透。当氢原子向钢中渗透扩散时遇到了裂缝、分层、空隙、夹渣等缺陷就聚集起来结合成氢分子造成体积膨胀在钢材内部产生极大压力(可达数百兆帕)。如果这些缺陷在钢材表面附近则形成鼓泡如图8所示。如果这些缺陷在钢的内部深处则形成诱发裂纹。它是沿轧制方向上产生的相互平行的裂纹被短的横向裂纹连接起来形成“阶梯”。氢诱发阶梯裂纹轻者使钢材脆化重者会使有效壁厚减小到管道过载、泄漏甚至断裂。

  时则有利于氢向钢中渗透它们都是渗氢加速剂。氢鼓泡及氢诱发阶梯裂纹一般发生在钢板卷制的管道上。

  S-H2O介质常温腐蚀碳钢管道能渗氢在高温高压临氢环境下也能渗氢在不加缓蚀剂或缓蚀剂不当的酸洗过程能渗氢在雨天焊接或在阴极保护过度时也会渗氢。③ 脱碳。

  、N2、NH3混合气应按Nelson曲线选用抗氢钢。其中有一异径短管由于错用了普通碳钢使用不久便因氢腐蚀而破裂造成恶性事故损失非常惨重。

  1.损伤描述和形态a.在基本无水环境下,177℃-427℃;b.高流速区域形成局部

  .主要发生在炼油厂常减压蒸馏装置及转油线.随原油酸值提高和流速增大而加剧。奥氏体不锈钢一般有较强的抗环烷酸

  是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。金属在高温气体中的硫

  会造成重大的直接或间接损失,会造成灾难性重大事故,而且危及人身安全。因

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