材料的腐蝕與防護郭平義第一章

緒論腐蝕：腐蝕是指金屬或材料與所處的環(huán)境發(fā)生反應而導致的結構破壞或失效。材料+環(huán)境

腐蝕產物材料：金屬材料；

非金屬材料；溫度、濕度、鹽組分濃度、氣體組分壓力、酸度、光照、輻射等反應條件由環(huán)境條件提供環(huán)境：自然環(huán)境（大氣、水、土壤）大氣：自然大氣；城市大氣；工業(yè)大氣；海洋大氣水：淡水；污染水；海水；鹽湖水土壤：沙土；黏土；酸性土；堿性土；鹽堿地工業(yè)環(huán)境（油氣、電力、鐵路、汽車、水利、機械、化工、冶金、橋梁、船舶、海港、碼頭、基礎設施）空間環(huán)境（電場、磁場、引力場等）高溫環(huán)境（氧化、熔鹽）反應：化學（高溫氧化、硫化）、電化學（原電池作用）、力學（應力，疲勞，沖擊，磨镲）礦石

粉碎還原鐵礦精煉鑄造軋制定型大氣腐蝕土壤腐蝕鐵銹腐蝕是冶金的逆過程金屬冶金過程

金屬腐蝕過程金屬氧化物金屬或合金制品金屬氧化物鋼板鋼管All

Engineering

Materials

are

ChemicalsEngineering

materials

include:Metals（金屬及合金）Ceramics（陶瓷）Concrete

and

aggregates（混凝土、聚合物）Polymers（高分子聚合物）Semiconductors（半導體）-

dissolving

into

environment,

e.g.Fe Fe2+

in

water-Reacting

to

form

compounds,

e.g.Fe+S

FeS-Environment

dissolving

in

material,

e.g.H

into

Fe

FeHMaterials

degrade

and

react

by:腐蝕的危害1、行業(yè)性寬：冶金、化工、能源、礦山、交通、機械、航空航天、軍事裝備、信息、農業(yè)、食品、醫(yī)藥等，無所不在。2、直接損失：材料、能源消耗，設備失效3、間接損失：物料污染，停產，泄漏維修，爆炸和人員傷亡，大規(guī)模的環(huán)境空間污染重大事故：四川某地井噴，硫化氫中毒氯氣泄漏，中毒遼寧，田莊臺大橋斷裂山西、遼寧、湖南，煤礦礦難化學、電化學腐蝕破壞的特點：溶解并有新的化合物生成力學破壞的特點：斷裂，變形，減薄力學–化學交互作用破壞的特點：化學變化促進斷裂、變形及減薄的發(fā)生失統計國家時

代年腐蝕損失占GNP%可避免損失比總損失%調查方法文

獻美國194955億美圓Uhlig61975820億美圓4

.915產業(yè)關聯分析719953000億美圓4

.2133產業(yè)關聯分析819982757億美圓產業(yè)關聯分析9英

國19576億英鎊Vernon10196913.65億英鎊3

.523Hoar11調日查報本告197525509.3億日圓Uhlig12199739376.9億日圓Uhlig13前蘇聯1970年代中期130140億盧布結構零件引起141985年400億盧布15前聯邦德國1968

~

1969年190億馬克325D.

Bhrens161982450億馬克17瑞

典1986350億法郎2018印

度1960

~

196115億盧比191984

~

1985400億盧比19澳大利亞19734.7億奧圓Uhlig20198220億奧圓產業(yè)關聯分析21P

S

O

Mn:S

Ratio0.21

0.045

0.069

0.0136.8成分：含較高硫磷氧CTitanic

Hull

Plate船身板組織：嚴重帶狀(尤其縱向）大量MnS延性－脆性轉變溫度（20焦爾沖擊功）：Titanic

hull

plate

32oC

(縱向)56oC(橫向）海水溫度：－2oC1985年9月1日發(fā)現沉船2010年9月1日最新圖片船首欄桿散步甲板海水中的成分：1.主要成分（大量、常量元素）：陽離子Na+，K+，Ca2+，Mg2+和Sr2+等，陰離子有Cl-，SO42-，Br-，HCO3-（CO32-），F-等，還有以分子形式存在的H3BO3溶于海水的氣體成分，如氧、氮及惰性氣體等。營養(yǎng)元素：主要是與海洋植物生長有關的要素，通常是指N、P及Si等。微量元素海水中的有機物質：如氨基酸、腐殖質、葉綠素等船首腐蝕主要原因：√海洋生物（軟體動物）吃掉了“泰坦尼克”號的部分木質材料，將金屬船體暴露給微小細菌和真菌，微生物加速鑄鐵氧化。√電化學反應：陰極，鉛、銅、黃銅等陽極，鐵1.

油井管柱、地面管線腐蝕危害數據統計統計對象

統計年代

腐蝕破壞概況經濟損失（億元）鉆桿全國油氣田1988年腐蝕失效事故2起0.2套管勝利油田1987年因套管腐蝕而報廢油井173口2.4長慶油田~1986年因套管腐蝕而報廢油井195口6.0江漢油田~1990年報廢油井137口3.4油管中原油田每年因腐蝕報廢油管達100萬米1.0四川氣田~1994年0.58管線全國油氣田85-87年58口井的油管因腐蝕斷落井下以上油氣管線報廢5.6%，平均穿孔率0.66項/公里年32.腐蝕事故的頻繁性、突發(fā)性、及災難性表2 1989-1992年石油管材失效事故及原因統計結果（中國）事故原因事故發(fā)生次數8990919289所占比例90

919212921526.122.525.613.2168201435.82024.436.99971119.622.520.728.9脆性斷裂腐

蝕疲

勞機械損傷24514.3106.12.63.腐蝕造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)環(huán)境腐蝕阻礙新技術發(fā)展美登月計劃

盛四氧化二氮（氧化劑）容器Ti合金試驗幾小時開裂

SCC

stress

corrosion

cracking腐蝕促進自然資源的耗損金屬需礦石提煉腐蝕的評定重量法深度法容量法腐蝕電流密度力學性能指標案例1

烷基笨HF再生塔進料加熱器腐蝕失效分析一、概況管程：HF+烴殼程：熱油材質：Monel合金

結構：U型管

25×201年9月

流量16.5m3/h

→

20m3/h

溫度215℃→265℃某些腐蝕案例1、宏觀檢查腐蝕穿孔圖1-1加熱器外貌圖1-2剖管的管內壁形貌均勻腐蝕一端腐蝕較重腐蝕產物較疏松案例2

柴油加氫換熱器腐蝕失效分析一.概況

從左至右2、3、4、1臺

2、3、4串聯圖2-1柴油加氫換熱器外貌二.宏觀觀察點蝕坑連成片微裂紋圖2-2第2臺換熱器殼體腐蝕形貌案例3

E－9復水器換熱銅管泄漏原因分析一．概況E－9復水器用于冷凝水蒸氣管內冷卻水為過濾的自然海水（管程）運轉1個多月泄漏運轉3個月后1280根換熱管有146根管子泄漏多在復水器上半部分二.

宏觀檢查1號2號管無明顯腐蝕,部分發(fā)黑宏觀照片之一1號3號管

無泄漏,無裂紋2號管

孔洞和穿透裂紋管內壁褐色紅色腐蝕產物二處腐蝕坑底(A、B部位)穿透裂紋腐蝕沿晶發(fā)展沿晶裂紋開裂處腐蝕形貌之二X100內壁氧化膜形貌300X2號管

內壁晶粒

島狀小晶粒次表面沿晶界向管外壁發(fā)展縱截面腐蝕形貌之一x200縱截面腐蝕形貌之二x500工業(yè)、農業(yè)、交通、軍事、航空……防腐蝕設計的科學基礎：腐蝕與防護科學技術規(guī)范1防腐蝕設計的目的和意義經濟損失經濟損失：分為直接經濟損、間接經濟損失資源損失防護的重要性圖1-1腐蝕損失與防護之間的關系示意圖2防護的基本原理提高金屬材料本身的抗蝕性從提高材料的熱力學穩(wěn)定性角度出發(fā)，改合金組成增大陰極控制：減少合金陰極區(qū)的面積增大陽極控制：添加陰極性物質；鈍化2.2改變環(huán)境溫度與流速一般講降低