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钢制浆体管道腐蚀的分类—管道防腐技术篇(之一)

 昵称51072646 2020-04-10

从腐蚀破坏的形式看,腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀两类。全面腐蚀旧称均匀腐蚀,也称整体腐蚀,是指与环境接触的材料表面因腐蚀而受到损耗。腐蚀的结果是金属表面与近似相同的速率变薄,重量减轻。但应当指出,绝对均匀的腐蚀是不存在的,厚度的减薄并非处处相同。

局部腐蚀是指腐蚀的发生局限在特定区域或部位上。局部腐蚀又可分为以下几种。

1
点蚀

它发生在金属表面极为局部的区域内,造成洞穴或坑点并向内部扩展,甚至造成穿孔。若坑口直径小于点穴深度时,称为点蚀;若坑口直径大于坑的深度时,又称坑蚀。实际上,点蚀和坑蚀没有严格的界限,铝和不锈钢在含氯化物的水溶液中所发生的腐蚀就是点蚀的典型例子。

2
缝隙腐蚀

发生腐蚀在缝隙处或临近缝隙的区域。这些缝隙由于同种或异种金属相接触,或是金属与非金属材料相接触形成的。缝隙处受腐蚀的程度远大于金属表面的其他区域。这种腐蚀通常是由于缝隙中氧的缺乏、缝隙中酸度的变化、缝隙中某种离子的累积而造成的。缝隙腐蚀是一种很普通的腐蚀现象。几乎所有的金属材料都可能发生缝隙腐蚀。法兰连接面、螺母紧压面、搭接面、缝隙气孔、锈层下以及沉积在金属表面的淤泥、积垢、杂质都会形成缝隙而引发缝隙腐蚀。

3
浓差腐蚀电池

由于靠近电极表面的腐蚀剂的浓度差异而导致电极电位不同所构成的腐蚀电池。差异充气电池就是浓差腐蚀电池的一种。引起腐蚀的推动力是由于溶液(土壤)中某一处与另一处的氧含量不同导致电极电位不同而构成的腐蚀电池。氧浓度低的地方将成为阳极区,腐蚀将加速进行。实际上,缝隙腐蚀与浓差电池的腐蚀机理有相同之处,不过浓差腐蚀电池有更明显的阳极和阴极区。

4
电偶腐蚀

当一种不太活泼的金属(阴极)和一种比较活泼的金属(阳极)在同一环境中相接触时,组成电偶并引起电流的流动,从而造成电偶腐蚀。电偶腐蚀也称双金属腐蚀或基础腐蚀。当需要不同金属彼此接触并在同一导电性溶液中使用时,作为一般原则,应当尽量选择电偶序中相靠近的那些金属。特别应指出的是,面积的影响在电偶腐蚀中极为重要,大阴极和小阳极是最不利的面积比例,铜板上的铁铆钉比钢板上铜铆钉的腐蚀要严重很多。

金属及合金的电偶序

受腐蚀端(阳极端,非贵金属端)

镁合金

锌合金

铝衣合金(Alclad)

软钢

铸铁

耐蚀镍合金(Ni-Resist)

13%铬不锈钢(活态)

50-50铅锡焊条

18-8型304号不锈钢(活态)

18-8-3型316号不锈钢(活态)

锌铜合金(蒙次黄铜,Muntz Metal)

海军黄铜(Naval Brass)

镍(活态)

铬镍铁合金 boc(Inconel 600)(活态)

黄铜

海军黄铜(Admiralty brass)

红铜

硅青铜

70-30铜镍合金

镍(钝态)

铬镍铁合金 600(Inconel 600)(钝态)

蒙耐尔合金400

18-8型304号不锈钢(钝态)

18-8-3型316号不锈钢(钝态)

石墨

受保护端(阴极端,贵金属端)

5
晶间腐蚀

晶间腐蚀是在晶粒或晶体本身未受到明显侵蚀的情况下,发生在金属或合金晶界处的一种选择性腐蚀。晶间腐蚀会导致强度和延展性的剧降,因而造成金属结构的损坏甚至引发事故。晶间腐蚀的原因是在某些条件下晶界异常活泼,如晶界处有杂质,或晶界区某一合金元素增多或减少,导致晶界电位小于晶内电位,晶界作为阳极被腐蚀。锌含量在黄铜的晶界处比较高,或不锈钢在晶界处贫铬时,将引起晶间腐蚀。

6
应力腐蚀

应力腐蚀是拉应力和特定腐蚀介质共存时引起的腐蚀破裂。此应力可以是外加应力,也可以是金属内部的残余应力。残余应力可能产生于加工制造时的形变,也可能产生于升温后冷却时温降不均匀,还可能是内部结构改变引起的体积变化造成的。铆合、螺丝紧固、压入配合、冷缩配合引起的应力也属于残余应力。当金属表面的拉应力等于屈服应力时,肯定会导致应力腐蚀破裂。每种合金体系有其特定的生产应力腐蚀破裂的环境条件。冷作黄铜在氨中的破裂、钢在碱液中产生的碱脆破裂就是应力腐蚀破裂的实例。

7
选择性腐蚀

也称分金属腐蚀或脱合金腐蚀。这种形式的腐蚀是指合金中的某一组分由于腐蚀作用而被脱除。黄铜脱锌是选择性腐蚀的典型的例子。黄铜脱锌有两种类型,一种是塞型,一种是普通型。前者的形状像许多被脱锌塞堵住的小孔,后者则是在未受腐蚀的黄铜核心外面围绕着连续的腐蚀层。铸铁有时也会出现选择性腐蚀,铁被选择性浸出,剩下石墨网状体,这种现象也成石墨化。

8
磨损腐蚀

磨损腐蚀是金属受到液流或气流(有无固体悬浮物均包括在内)的磨耗与磨蚀共同作用而产生的破坏,包括高速流体冲刷引起的冲击腐蚀、金属间彼此有滑移引起的磨振腐蚀、流体中瞬时形成的气穴在金属表面破裂时导致的空泡腐蚀。

9
氢腐蚀

由于化学或电化学反应(包括腐蚀反应)所产生的原子态氢扩散到金属内部引起的各种破坏,包括氢鼓包、氢脆和氢蚀三种形态。氢鼓包是由于原子态氢扩散到金属内部,并在金属内部的微孔中形成的分子氢。由于氢分子不能扩散,就会在微孔中累积而形成巨大的内压,使金属鼓泡,甚至破裂。氢脆是由于原子氢进入金属内部后,使金属晶格产生高度变形,因而减低了金属的韧性和延性,导致金属脆化。氢蚀则是由于原子氢进入金属内部后与金属中的组分或元素反应,例如氢渗入碳钢并与钢中的碳反应生成甲烷,使钢的韧性下降,而钢中脱碳,又导致强度下降。

10
其他分类

以腐蚀反应的机理来划分,可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生纯化学作用而引起金属的损耗,如金属的高温氧化。电化学腐蚀是指金属和电解质发生电化学作用而引起的金属损耗。在电化学腐蚀过程中,同时存在着两个相对独立的反应过程——阳极反应和阴极反应,并产生电流,如钢铁在水溶液(包括土壤)中的腐蚀。电化学腐蚀是最普通的腐蚀现象,也是最重要的腐蚀现象,目前绝大多数的腐蚀都属于这个形态。

按腐蚀的环境分类,可分为大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀及化学介质腐蚀。

在天然水体和土壤腐蚀中值得一提的是生物腐蚀。微生物的新陈代谢活动会直接或间接地影响腐蚀过程,是金属收到破坏。代谢作用的后果是:1产生腐蚀环境;2在金属表面上造成电解液浓差电池;3改变金属表面膜的耐蚀性;4影响阳极或阴极的反应速率;5改变环境条件。与腐蚀有关的微生物分为嗜氧性和厌氧性两类。嗜氧性微生物在含氧环境中易于生长,而厌氧菌则是在缺氧环境中易于繁殖。这类细菌进行的化学过程是极为复杂的。有关硫酸盐还原菌(厌氧菌)对腐蚀的促进作用已进行过大量研究。在弱酸性或弱碱性土壤中,硫酸盐会被这些细菌还原为硫化氢或硫化钙。当这些化合物与埋地管道相接触时,铁被腐蚀而转变为硫化铁。在这种土壤条件下,随着这类细菌的大量繁殖,将不断促使钢铁转化,最终使管道发生破坏。

11
埋地钢质管道的腐蚀

埋地钢质管道的腐蚀是钢铁材料在土壤及水中的腐蚀,属电化学腐蚀,以腐蚀原电池形态进行。腐蚀原电池分为微电池和宏电池两种。


1
微电池

由于金属表面许多微小的电极所组成的腐蚀电池,它的成因较多,主要有:金属化学成分的不均匀性;金属组织的不均匀性;金属物理状态的不均匀性;金属表面膜的不完整性;土壤微结构上的差异。


2
宏电池

由宏观上可以观察到的电极所组成的腐蚀电池,常见的有三种情况:不同金属或材料与同一电解质接触;同一金属接触不同电解质或电解质的浓度、温度、压力、流速等条件不同;不同金属接触不同电解质溶液。

地下金属构筑物如管道,最常见的腐蚀就是氧浓差电池的作用结果,管道通过砂土和黏土的交界处、管道顶部和底部的充气差异、在气/水界面和水/泥界处的腐蚀均属于氧浓差电池作用。另外,管道上还有应力差电池、PH差电池等腐蚀原电池形式。

不论哪种腐蚀电池,形成的基本挑条件都是:有两个电极电位不同的电极或部位;两电极处在同一电解质体系统;两电极有导线(金属)连接。

腐蚀电池工作有三个环节,电极电位较负的电极为阳极,发生氧化反应(腐蚀);电极电位较正的电极为阴极,发生还原反应(不腐蚀);阴、阳极之间的电子转移,即有电流产生,腐蚀发生在阳极上。

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