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压力管道防腐蚀知识压力管道防腐蚀知识 中国工业防腐蚀技术协会中国工业防腐蚀技术协会 张炎明张炎明 20122012年年4 4月月 2012/4/5 2 1. 前言前言 管道输送是与铁路、管道输送是与铁路、 公路、水运、空运并列的公路、水运、空运并列的 第五大运输方式，它作为第五大运输方式，它作为 一种特种的运输设备越来一种特种的运输设备越来 越广泛地用于石油、化工、越广泛地用于石油、化工、 冶金、电力等行业以及城冶金、电力等行业以及城 市输气、供水和供热系统市输气、供水和供热系统 中。随着经济的发展，管中。随着经济的发展，管 道数量在不断的增加，其道数量在不断的增加，其 重要性也日益突出，在石重要性也日益突出，在石 油、化工行业中，管道被油、化工行业中，管道被 视为“工厂的血管”。视为“工厂的血管”。 2012/4/5 3 压力管道的范围压力管道的范围 从广义上理解，压力管道是指所有承受内压或外压的从广义上理解，压力管道是指所有承受内压或外压的 管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分，管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分， 管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和 制止流体流动的，由管子、管件、制止流体流动的，由管子、管件、法兰法兰、螺栓连接、垫片、、螺栓连接、垫片、 阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。 特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例中，将压力管道进一步明中，将压力管道进一步明 确为“利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设确为“利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设 备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表（表 压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、 有腐蚀性，最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介有腐蚀性，最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介 质，且公称直径大于质，且公称直径大于25mm的管道”。的管道”。 2012/4/5 4 在压力管道元件制造许可规则压力管道元件制造许可规则TSG D2001 -2006中规定的 压力管道元件制造许可项目及其级别 2012/4/5 5 在压力管道安装许可规则压力管道安装许可规则TSG D3001-2009中规定的压力 管道安装许可类别及其级别 2012/4/5 6 在压力容器压力管道设计许可规则压力容器压力管道设计许可规则TSG R1001-2008中规定的压力管道类别、级别 （略）。 在压力管道安全技术监察规程压力管道安全技术监察规程工业管道工业管道 TSG D0001-2009中规定的适用范围（略）。 2012/4/5 7 钢带螺旋缠绕增强柔性钢带螺旋缠绕增强柔性PE管材结构图及专用的管件管材结构图及专用的管件 海底集束管道海底集束管道 2012/4/5 8 压力管道进行腐蚀控制的重要性压力管道进行腐蚀控制的重要性 相关资料也表明，在美国管道事故原因中第一位的原相关资料也表明，在美国管道事故原因中第一位的原 因是腐蚀造成的，站事故比例近因是腐蚀造成的，站事故比例近60，其次原因是由于第三，其次原因是由于第三 者破坏所造成，约占事故比例的者破坏所造成，约占事故比例的20。我国的地下油气管道。我国的地下油气管道 投产投产1-2年后即发生腐蚀穿孔的情况屡见不鲜，据我国某气年后即发生腐蚀穿孔的情况屡见不鲜，据我国某气 田田40年来的管道失效原因统计，自然因素和人为因素（洪水年来的管道失效原因统计，自然因素和人为因素（洪水 冲毁、山体滑坡、人为破坏和建设施工）占冲毁、山体滑坡、人为破坏和建设施工）占5％，管道质量％，管道质量 和焊接质量不合格占和焊接质量不合格占10％，而腐蚀泄漏和腐蚀开裂占％，而腐蚀泄漏和腐蚀开裂占85％。％。 它不仅造成因穿孔引起的油、气、水泄漏损失，而且还可能它不仅造成因穿孔引起的油、气、水泄漏损失，而且还可能 因腐蚀造成水灾。特别燃气管道因腐蚀引起的爆炸，威胁人因腐蚀造成水灾。特别燃气管道因腐蚀引起的爆炸，威胁人 身安全，污染环境，后果极其严重。可见腐蚀对压力管道的身安全，污染环境，后果极其严重。可见腐蚀对压力管道的 危害是相当大的，是影响压力管道系统可靠性、使用寿命及危害是相当大的，是影响压力管道系统可靠性、使用寿命及 造成管道失效的主要因素之一。造成管道失效的主要因素之一。 2012/4/5 9 管道暴炸管道暴炸 输油管腐蚀泄露输油管腐蚀泄露 管道的腐蚀管道的腐蚀 管道的腐蚀管道的腐蚀 2012/4/5 10 2. 腐蚀与防护基础知识腐蚀与防护基础知识 2.1 腐蚀的概念和腐蚀理论腐蚀的概念和腐蚀理论 2.1.1 腐蚀的概念腐蚀的概念 金属在周围介质（最常见的液体和气体）作用下，金属在周围介质（最常见的液体和气体）作用下， 由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破化。由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破化。 环境环境 材料材料 腐蚀是由于物质与周围环境作用而产生的损坏腐蚀是由于物质与周围环境作用而产生的损坏 由于材料和它所在的环境发生反应而使材料和材料由于材料和它所在的环境发生反应而使材料和材料 的性质发生恶化的现象。的性质发生恶化的现象。 2012/4/5 11 2.1.2 腐蚀理论腐蚀理论 （（1）氢去极化腐蚀）氢去极化腐蚀 氢去极化腐蚀的反应式（以金氢去极化腐蚀的反应式（以金 属铁为例）可以简单表示为属铁为例）可以简单表示为 阴极反应阴极反应2H 2e → H2 阳极反应阳极反应Fe －－ 2e → Fe2 （（2）氧去极化腐蚀）氧去极化腐蚀 氧去极化腐蚀的反应式（以金氧去极化腐蚀的反应式（以金 属铁，中性溶液为例）可以简单表示属铁，中性溶液为例）可以简单表示 为为 阴极反应阴极反应O2 2H2O 4e → 4OH－ － 阳极反应阳极反应Fe －－ 2e → Fe2 2012/4/5 12 2.2 腐蚀的分类腐蚀的分类 2.2.1金属腐蚀金属腐蚀 ㈠㈠ 全面腐蚀（均匀腐蚀）全面腐蚀（均匀腐蚀） 发生在整个金属表面上的腐蚀称为全面腐蚀，它可能是均匀的，也可能是不均发生在整个金属表面上的腐蚀称为全面腐蚀，它可能是均匀的，也可能是不均 匀的。均匀腐蚀的危害性相对比较小，因为我们在知道了腐蚀速度后，就能够估算匀的。均匀腐蚀的危害性相对比较小，因为我们在知道了腐蚀速度后，就能够估算 出材料的使用寿命。出材料的使用寿命。 ㈡㈡ 局部腐蚀局部腐蚀 主要集中于金属表面某一区域的腐蚀称为局部腐蚀。在局部腐蚀中，金属的某一主要集中于金属表面某一区域的腐蚀称为局部腐蚀。在局部腐蚀中，金属的某一 区域腐蚀严重，而其他部分则几乎未被腐蚀，局部腐蚀主要有以下类型。区域腐蚀严重，而其他部分则几乎未被腐蚀，局部腐蚀主要有以下类型。 如电偶腐蚀、小孔腐蚀（点蚀）如电偶腐蚀、小孔腐蚀（点蚀） 、晶间腐蚀、、晶间腐蚀、 缝隙腐蚀、选择性腐蚀、应力腐缝隙腐蚀、选择性腐蚀、应力腐 蚀蚀 、疲劳腐蚀、磨损腐蚀（空泡腐蚀和湍流腐蚀）、氢损伤（氢鼓泡和氢脆）、沉、疲劳腐蚀、磨损腐蚀（空泡腐蚀和湍流腐蚀）、氢损伤（氢鼓泡和氢脆）、沉 积腐蚀（如垢下腐蚀）、浓差电池腐蚀等也均属于局部腐蚀之列。积腐蚀（如垢下腐蚀）、浓差电池腐蚀等也均属于局部腐蚀之列。 2012/4/5 13 ⑴⑴ 电偶腐蚀电偶腐蚀 电偶腐蚀又称接触腐蚀或双金属腐蚀，凡具有不同电极电位的金属互相接电偶腐蚀又称接触腐蚀或双金属腐蚀，凡具有不同电极电位的金属互相接 触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀。例如热交换器的不锈触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀。例如热交换器的不锈 钢管和碳钢花板连接处，碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀。钢管和碳钢花板连接处，碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀。 但当在两种金属的接触面上同时存在缝隙时，而缝隙中又存留有电解液，但当在两种金属的接触面上同时存在缝隙时，而缝隙中又存留有电解液， 这时构件可能受到电偶腐蚀与缝隙腐蚀的联合作用这时构件可能受到电偶腐蚀与缝隙腐蚀的联合作用 电偶腐蚀的示意图电偶腐蚀的示意图 阴极、阳极面积比不同的连接结构阴极、阳极面积比不同的连接结构 a. 同时存在两种不同电位的金属或非金属导体；同时存在两种不同电位的金属或非金属导体； b. 有电解质溶液存在；有电解质溶液存在； c. 两种金属通过导线连接或直接接触。两种金属通过导线连接或直接接触。 2012/4/5 14 ⑵⑵ 小孔腐蚀小孔腐蚀 小孔腐蚀又称为点蚀小孔腐蚀又称为点蚀 这种破坏主要集中在金属表面的某些活性点上，并向金这种破坏主要集中在金属表面的某些活性点上，并向金 属内部深处发展。通常其腐蚀深度大于其孔径。严重时可使设备穿孔。属内部深处发展。通常其腐蚀深度大于其孔径。严重时可使设备穿孔。 点蚀通常发生在易钝化金属或合金中，往往在有侵蚀性阴离子与氧化剂共存的点蚀通常发生在易钝化金属或合金中，往往在有侵蚀性阴离子与氧化剂共存的 条件下发生。如不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。条件下发生。如不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。 小孔腐蚀示意图小孔腐蚀示意图 18-8不锈钢在充气不锈钢在充气NaCl溶液中溶液中 孔蚀的闭塞电池示意图孔蚀的闭塞电池示意图 2012/4/5 15 ⑶⑶ 晶间腐蚀晶间腐蚀 金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒 之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏的腐蚀现象称为晶界腐蚀，这种腐蚀首先在晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏的腐蚀现象称为晶界腐蚀，这种腐蚀首先在晶粒 边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这时，虽然从金属外观看不出有明显的变化，边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这时，虽然从金属外观看不出有明显的变化， 但其机械性能却已大为降低了，严重时材料强度完全丧失，轻轻一击就碎。不锈钢焊但其机械性能却已大为降低了，严重时材料强度完全丧失，轻轻一击就碎。不锈钢焊 件在其热影响区（敏化温度的范围内）容易引起对晶界腐蚀的敏化。件在其热影响区（敏化温度的范围内）容易引起对晶界腐蚀的敏化。 晶界腐蚀常常会转化为沿晶应力腐蚀开晶界腐蚀常常会转化为沿晶应力腐蚀开 裂，而成为应力腐蚀裂纹的起源。通常晶间裂，而成为应力腐蚀裂纹的起源。通常晶间 腐蚀出现于奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和腐蚀出现于奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和 铝合金的构件。铝合金的构件。 除非经过稳定化处理或含碳量低者例除非经过稳定化处理或含碳量低者例 外，奥氏体不锈钢暴露在外，奥氏体不锈钢暴露在450～～850℃℃温度温度 区间内足够时间后，对发生晶间腐蚀比较区间内足够时间后，对发生晶间腐蚀比较 敏感。敏感。 2012/4/5 16 ⑷⑷ 选择性腐蚀选择性腐蚀 广义上讲，所有局部腐蚀都是选择性腐蚀，即腐蚀是在合金中的广义上讲，所有局部腐蚀都是选择性腐蚀，即腐蚀是在合金中的 某一组分由于腐蚀优先地溶解到电解质溶液中去，从而造成另一组分某一组分由于腐蚀优先地溶解到电解质溶液中去，从而造成另一组分 富集于金属表面上。例如黄铜的脱锌现象即属这类腐蚀。富集于金属表面上。例如黄铜的脱锌现象即属这类腐蚀。 选择性腐蚀形态选择性腐蚀形态 2012/4/5 17 ⑸⑸ 应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂 受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定介质中，由于腐蚀介质和应受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定介质中，由于腐蚀介质和应 力的协同作用而发生的脆性断裂现象。力的协同作用而发生的脆性断裂现象。 应力腐蚀破裂（应力腐蚀破裂（SCC）在局部腐蚀中居于首位。根据腐蚀介质性质和应）在局部腐蚀中居于首位。根据腐蚀介质性质和应 力状态的不同，裂纹特征会有不同，在金相显微镜下，显微裂纹呈穿晶、力状态的不同，裂纹特征会有不同，在金相显微镜下，显微裂纹呈穿晶、 晶界或两者混合形式。裂纹既有主干，也有分支，形似树枝状。裂纹横断晶界或两者混合形式。裂纹既有主干，也有分支，形似树枝状。裂纹横断 面多为线状。裂纹走向与所受拉应力的方向垂直。面多为线状。裂纹走向与所受拉应力的方向垂直。 钝化合金的钝化合金的SCC机理示意图机理示意图 2012/4/5 18 金属或合金金属或合金 腐腐 蚀蚀 介介 质质 低碳钢低碳钢 热硝酸盐溶液，（硅酸钠十硝酸钙）溶液，热硝酸盐溶液，（硅酸钠十硝酸钙）溶液， 氢氧化钠、过氧化氢氢氧化钠、过氧化氢 碳钢和低合碳钢和低合 金钢金钢 42％％MgCl2溶液，氢氰酸，海水，氢氧化钠，溶液，氢氰酸，海水，氢氧化钠， 三氯化铁溶液三氯化铁溶液 高强度钢高强度钢 蒸馏水、湿大气、氯化物溶液、硫化氢蒸馏水、湿大气、氯化物溶液、硫化氢 高铬钢高铬钢 NaClO溶液，海水，溶液，海水，H2S水溶液水溶液 奥氏体不锈奥氏体不锈 钢钢 氯化物溶液，高温高压含氧蒸馏水，海水，氯化物溶液，高温高压含氧蒸馏水，海水， F-，，Br-，，NaOHH2S水溶液，水溶液，NaCl-H2O2水水 溶液，二氯乙烷等溶液，二氯乙烷等 钢和铜合金钢和铜合金 氨蒸气，汞盐溶液，含氨蒸气，汞盐溶液，含SO2大气，熔融氯化大气，熔融氯化 钠、含钠、含Br-和和I-水溶液水溶液 镍和镍合金镍和镍合金 NaOH水溶液，高纯蒸汽水溶液，高纯蒸汽 蒙乃尔蒙乃尔 氢氟酸，氟硅酸溶液氢氟酸，氟硅酸溶液 钛及钛合金钛及钛合金 含含Cl- 、、Br- 、、I- 的水溶液、的水溶液、N204，甲醇、三，甲醇、三 氯乙烯、有机酸氯乙烯、有机酸 铝合金铝合金 熔融熔融NaCl，，NaCl水溶液，海水，水蒸汽，含水溶液，海水，水蒸汽，含 SO2大气大气 铅铅 PbAC2溶液溶液 镁镁 海洋大气，蒸馏水，海洋大气，蒸馏水，KCl-K2CrO4溶掖溶掖 产生应力腐蚀的材料与介质的组合产生应力腐蚀的材料与介质的组合 ①① 应力腐蚀开裂通常具有如下特点应力腐蚀开裂通常具有如下特点 a. 通常在某种特定的腐蚀介质中，通常在某种特定的腐蚀介质中， 材料在不受应力时腐蚀甚微；材料在不受应力时腐蚀甚微； b. 受到一定的拉应力时（可远低于受到一定的拉应力时（可远低于 材料的屈服强度），经过一段时间后，材料的屈服强度），经过一段时间后， 即使是延展性很好的金属也会发生脆即使是延展性很好的金属也会发生脆 性断裂；性断裂； c. 断裂事先没有明显的征兆，往往断裂事先没有明显的征兆，往往 造成灾难性的后果。造成灾难性的后果。 ②② 一般认为发生应力腐蚀开裂需要同一般认为发生应力腐蚀开裂需要同 时具备如下三个条件时具备如下三个条件 a.敏感材料敏感材料 b. 拉伸应力拉伸应力 c. 特定的腐蚀介质特定的腐蚀介质 如奥氏体不锈钢管外壁保温如奥氏体不锈钢管外壁保温 材料含材料含Cl-量高或保温层破损，量高或保温层破损， 渗入的雨水中的氯离子浓缩有渗入的雨水中的氯离子浓缩有 可能发生应力腐蚀。可能发生应力腐蚀。 2012/4/5 19 影影 响响 应应 力力 腐腐 蚀蚀 开开 裂裂 的的 因因 素素 2012/4/5 20 ⑹⑹ 缝隙腐蚀缝隙腐蚀 由于金属表面上存在异物或结构上的原因会形成由于金属表面上存在异物或结构上的原因会形成0.025～～0.1mm缝隙，这种缝隙，这种 在腐蚀环境中因金属部件与其他部件（金属或非金属）之间存在间隙，引起缝隙在腐蚀环境中因金属部件与其他部件（金属或非金属）之间存在间隙，引起缝隙 内金属加速腐蚀的现象称为缝隙腐蚀。内金属加速腐蚀的现象称为缝隙腐蚀。 碳钢在中性海水中缝隙腐蚀示意图碳钢在中性海水中缝隙腐蚀示意图 产生缝隙腐蚀的条件有以下几产生缝隙腐蚀的条件有以下几 种种 a. 不同结构件的连接，如金属不同结构件的连接，如金属 与金属之间的铆接、螺纹连接，以与金属之间的铆接、螺纹连接，以 及各种法兰盘之间的衬垫等金属和及各种法兰盘之间的衬垫等金属和 非金属之间的接触等都可以引发缝非金属之间的接触等都可以引发缝 隙腐蚀。隙腐蚀。 b. 金属表面的沉积物、附着物、金属表面的沉积物、附着物、 涂膜等，如灰尘、沙粒、沉积的腐涂膜等，如灰尘、沙粒、沉积的腐 蚀产物，也会引起缝隙腐蚀。蚀产物，也会引起缝隙腐蚀。 2012/4/5 21 ⑺⑺ 腐蚀疲劳腐蚀疲劳 金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下，所引起的腐蚀形态金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下，所引起的腐蚀形态 称为腐蚀疲劳。称为腐蚀疲劳。 ①① 腐蚀疲劳的特征腐蚀疲劳的特征 腐蚀疲劳形成条件则是，绝大多数金属或合金在交变应力下都可以发生，而腐蚀疲劳形成条件则是，绝大多数金属或合金在交变应力下都可以发生，而 且不要求特定的介质，只是在容易引起孔蚀的介质中更容易发生。且不要求特定的介质，只是在容易引起孔蚀的介质中更容易发生。 ②② 腐蚀疲劳的机理腐蚀疲劳的机理 腐蚀疲劳是在交变应力作用下发生，位错往复地穿过晶界运动而不会在晶畀腐蚀疲劳是在交变应力作用下发生，位错往复地穿过晶界运动而不会在晶畀 上堆积。上堆积。 ③③ 腐蚀疲劳的控制腐蚀疲劳的控制 对于钢，尤其是钛合金来说，用渗氮的方法进行表面硬化处理，也是抗腐蚀对于钢，尤其是钛合金来说，用渗氮的方法进行表面硬化处理，也是抗腐蚀 疲劳的一种有效措施。亦有采用非金属表面覆盖层的办法，如涂层，但要求对疲劳的一种有效措施。亦有采用非金属表面覆盖层的办法，如涂层，但要求对 金属基体有良好的结合力和耐磨能力。金属基体有良好的结合力和耐磨能力。 2012/4/5 22 ⑻⑻ 磨损腐蚀磨损腐蚀 由于介质的运动速度大或介质与金属构件相对运动速度大，导致构件局由于介质的运动速度大或介质与金属构件相对运动速度大，导致构件局 部表面遭受严重的腐蚀损坏，这类腐蚀称为磨损腐蚀，简称磨蚀。造成腐蚀部表面遭受严重的腐蚀损坏，这类腐蚀称为磨损腐蚀，简称磨蚀。造成腐蚀 损坏的流动介质可以是气体、液体或含有固体颗粒、气泡的液体等。损坏的流动介质可以是气体、液体或含有固体颗粒、气泡的液体等。 磨蚀是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和对新磨蚀是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和对新 裸露金属表面的浸蚀作用的综合结果。裸露金属表面的浸蚀作用的综合结果。 磨蚀形态磨蚀形态 由高速流体引起的磨蚀，其表现的特殊形式主要有湍流腐蚀和空泡腐由高速流体引起的磨蚀，其表现的特殊形式主要有湍流腐蚀和空泡腐 蚀两种。蚀两种。 2012/4/5 23 湍流腐蚀湍流腐蚀 在设备或部件的某些特定部位，介质流速急剧增大形成湍流，由湍流导致在设备或部件的某些特定部位，介质流速急剧增大形成湍流，由湍流导致 的磨蚀就称之为湍流腐蚀。的磨蚀就称之为湍流腐蚀。 冲击腐蚀破坏示意图冲击腐蚀破坏示意图 流型改变产生的湍流流型改变产生的湍流 遭到湍流腐蚀的金属表面，常常呈现深谷或马蹄形的凹槽，一般按流体的流动遭到湍流腐蚀的金属表面，常常呈现深谷或马蹄形的凹槽，一般按流体的流动 方向切入金属表面层，蚀谷光滑没有腐蚀产物积存。构成湍流腐蚀除流体速度较大方向切入金属表面层，蚀谷光滑没有腐蚀产物积存。构成湍流腐蚀除流体速度较大 外，构件形状的不规则性也是引起湍流的一个重要条件。外，构件形状的不规则性也是引起湍流的一个重要条件。 在输送流体的管道内，流体按水平或垂直方向运动时，管壁的腐蚀是均匀减薄在输送流体的管道内，流体按水平或垂直方向运动时，管壁的腐蚀是均匀减薄 的。但当流体突然改向处，如弯管、的。但当流体突然改向处，如弯管、U形换热管等的拐弯部位，其管壁就要比其他形换热管等的拐弯部位，其管壁就要比其他 部位的管壁迅速减薄甚至穿洞。部位的管壁迅速减薄甚至穿洞。 2012/4/5 24 空泡腐蚀空泡腐蚀 流体与金属构件作高速相对运动，在金属表面局部地区产生涡流，伴随有汽泡流体与金属构件作高速相对运动，在金属表面局部地区产生涡流，伴随有汽泡 在金属表面迅速生成和破灭，呈现与孔蚀类似的破坏特征。这种条件下发生的磨蚀在金属表面迅速生成和破灭，呈现与孔蚀类似的破坏特征。这种条件下发生的磨蚀 称为空泡腐蚀，又称空穴腐蚀或汽蚀。称为空泡腐蚀，又称空穴腐蚀或汽蚀。 空泡腐蚀示意空泡腐蚀示意 壁面凹陷下的流场壁面凹陷下的流场 影响磨蚀的因素影响磨蚀的因素金属（合金）金属（合金）、表面膜表面膜 、流速流速。 磨蚀的控制磨蚀的控制 控制磨蚀可采用合理选材、改善设计、降低流速、除去介质的控制磨蚀可采用合理选材、改善设计、降低流速、除去介质的 有害成分、覆盖防护层和电化学保护等多种办法。但以合理选材和改善设计这有害成分、覆盖防护层和电化学保护等多种办法。但以合理选材和改善设计这 两种方法最为有效。两种方法最为有效。 2012/4/5 25 ⑼⑼ 氢损伤氢损伤 氢损伤是指金属材料中由于氢的存在或氢与金属相互作用，造成材料力学性能下氢损伤是指金属材料中由于氢的存在或氢与金属相互作用，造成材料力学性能下 降的总称。在含硫化氢的油、气输送管线及炼油厂设备常发生这种腐蚀。氢降的总称。在含硫化氢的油、气输送管线及炼油厂设备常发生这种腐蚀。氢 损伤分损伤分 为四种不同的类型氢鼓泡；氢脆、脱碳、氢蚀。为四种不同的类型氢鼓泡；氢脆、脱碳、氢蚀。 ①① 氢的来源氢的来源 据氢的来源不同，可分为内氢和外氢两种。内氢是指材料使用前就已存在在其内据氢的来源不同，可分为内氢和外氢两种。内氢是指材料使用前就已存在在其内 部的氢，是材料在冶炼、热处理、酸洗、电镀和焊接等过程中吸收的氢。外氢是指部的氢，是材料在冶炼、热处理、酸洗、电镀和焊接等过程中吸收的氢。外氢是指 材料在使用过程中与含氢的介质接触或进行电化学反应（如腐蚀、阴极保护）所吸材料在使用过程中与含氢的介质接触或进行电化学反应（如腐蚀、阴极保护）所吸 收的氢。收的氢。 ②② 氢鼓泡氢鼓泡是指在某些介质中，由于腐蚀或其他原因而产生的氢原子渗入金属内是指在某些介质中，由于腐蚀或其他原因而产生的氢原子渗入金属内 部而产生的，导致金属局部变形。甚至完全破坏。部而产生的，导致金属局部变形。甚至完全破坏。 氢鼓泡的机理示意图氢鼓泡的机理示意图 氢鼓泡形态氢鼓泡形态 2012/4/5 26 防止方法防止方法除去环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢除去环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢 反应的成分作有效；也可选用无空穴的镇静钢以代替有众多空穴的沸腾钢。反应的成分作有效；也可选用无空穴的镇静钢以代替有众多空穴的沸腾钢。 此外，可采用氢不宜渗透的奥氏体不锈钢或镍的衬里，或橡胶、塑料、砖此外，可采用氢不宜渗透的奥氏体不锈钢或镍的衬里，或橡胶、塑料、砖 板衬里，也可加入缓蚀剂等。板衬里，也可加入缓蚀剂等。 ③③ 氢脆氢脆是由于氢进入使金属内部引起的，导致韧性和抗拉强度下是由于氢进入使金属内部引起的，导致韧性和抗拉强度下 降变脆，并在应力的作用下发生脆裂。降变脆，并在应力的作用下发生脆裂。 防止方法防止方法 a. 在容易发生氢脆的环境中，避免使用高强钢，可用在容易发生氢脆的环境中，避免使用高强钢，可用Ni，，Cr合金钢；合金钢； b. 焊接时采用低氢焊条，保持环境干燥（水是氢的主要来源）；焊接时采用低氢焊条，保持环境干燥（水是氢的主要来源）； c. 电镀液要选择，控制电流；电镀液要选择，控制电流； d. 酸洗液中加入缓蚀剂；酸洗液中加入缓蚀剂； e. 氢进入金属后，可进行低温烘烤驱氢，如钢一般在氢进入金属后，可进行低温烘烤驱氢，如钢一般在90～～150℃℃可脱可脱 氢。氢。 ④④ 脱碳脱碳即从钢中脱出碳，常常是由于高温氢蚀所引起的，导致钢即从钢中脱出碳，常常是由于高温氢蚀所引起的，导致钢 的抗拉强度下降。的抗拉强度下降。 ⑤⑤ 氢蚀氢蚀是由于高温下合金中组分与氢的反应引起的。是由于高温下合金中组分与氢的反应引起的。 2012/4/5 27 2.2.2 有机非金属腐蚀（高分子材料）有机非金属腐蚀（高分子材料） 高分子材料具有优良的耐腐蚀性能。但在防腐蚀领域中应用时，由于高分子材料具有优良的耐腐蚀性能。但在防腐蚀领域中应用时，由于 腐蚀条件的多样与复杂，不一定总能抵抗介质的侵蚀。通常，在酸、碱和腐蚀条件的多样与复杂，不一定总能抵抗介质的侵蚀。通常，在酸、碱和 盐的水溶液中，多数塑料或其他高分子材料具有较好的耐腐蚀性，显得比盐的水溶液中，多数塑料或其他高分子材料具有较好的耐腐蚀性，显得比 金属优越，但在有机介质中却往往相反，很多高分子材料都不如金属耐蚀。金属优越，但在有机介质中却往往相反，很多高分子材料都不如金属耐蚀。 有些塑料在无机酸、碱溶液中也会很快被腐蚀，例如尼龙只能耐较稀的酸、有些塑料在无机酸、碱溶液中也会很快被腐蚀，例如尼龙只能耐较稀的酸、 碱溶液，而在浓酸、浓碱中则会遭到腐蚀。碱溶液，而在浓酸、浓碱中则会遭到腐蚀。 高分子材料腐蚀的主要形式有高分子材料腐蚀的主要形式有 ⑴⑴ 溶胀和溶解腐蚀溶胀和溶解腐蚀 ⑹⑹ 选择性腐蚀选择性腐蚀 ⑵⑵ 腐蚀降解腐蚀降解 ⑺⑺ 蠕变蠕变 ⑶⑶ 老化老化 ⑻⑻ 疲劳腐蚀疲劳腐蚀 ⑷⑷ 环境应力开裂环境应力开裂 ⑼⑼ 差热腐蚀开裂差热腐蚀开裂 ⑸⑸ 渗透腐蚀渗透腐蚀 ⑽⑽ 取代基反应取代基反应 2012/4/5 28 2.2.3 无机非金属腐蚀无机非金属腐蚀 无机非金属材料作为管道材料主要有玻璃、陶瓷、石墨、铸石、无机非金属材料作为管道材料主要有玻璃、陶瓷、石墨、铸石、 水泥等材料，这些材料制成的管道主要在工业管道中使用，其腐蚀水泥等材料，这些材料制成的管道主要在工业管道中使用，其腐蚀 主要为化学腐蚀。主要为化学腐蚀。 由于与介质（或环境）中的某些成分发生化学反应，而造成材由于与介质（或环境）中的某些成分发生化学反应，而造成材 料的破坏。料的破坏。 2012/4/5 29 2.3 防腐蚀的方法防腐蚀的方法（措施）（措施） 2.3.1 腐蚀控制的基本要素腐蚀控制的基本要素 腐蚀学应用研究关注的问题是材料与环境之间可能产生的作用而引起的腐蚀，腐蚀学应用研究关注的问题是材料与环境之间可能产生的作用而引起的腐蚀， 并寻找控制腐蚀的措施和方法。防腐蚀工程设计关注的问题是装置、材料与环境并寻找控制腐蚀的措施和方法。防腐蚀工程设计关注的问题是装置、材料与环境 之间可能产生的作用而引起的腐蚀，并寻找控制腐蚀的措施及方法。前者属狭义之间可能产生的作用而引起的腐蚀，并寻找控制腐蚀的措施及方法。前者属狭义 腐蚀控制，其方法多从开发新型耐蚀材料、改善腐蚀环境及提高界面耐蚀能力诸腐蚀控制，其方法多从开发新型耐蚀材料、改善腐蚀环境及提高界面耐蚀能力诸 方面入手。后者属广义腐蚀控制，除上述诸方面外，还应考虑增加“结构控制”、方面入手。后者属广义腐蚀控制，除上述诸方面外，还应考虑增加“结构控制”、 “有效性控制”及“经济评价”。“有效性控制”及“经济评价”。 ㈠㈠ 材料控制材料控制开发新型耐蚀材料；开发新型耐蚀材料； ㈡㈡ 环境控制环境控制添加缓蚀剂、介质处理等；添加缓蚀剂、介质处理等； ㈢㈢ 界面控制界面控制电化学保护、金属表面耐蚀涂层、非金属衬里等；电化学保护、金属表面耐蚀涂层、非金属衬里等； ㈣㈣ 结构控制结构控制设备结构、制造安装、设备强度刚性对材料与环境的影响等；设备结构、制造安装、设备强度刚性对材料与环境的影响等； ㈤㈤ 有效性控制有效性控制工艺运行、维护检修对材料与环境的影响，关键设备的腐工艺运行、维护检修对材料与环境的影响，关键设备的腐 蚀监测、检测技术等；蚀监测、检测技术等； ㈥㈥ 经济控制经济控制经济上的可行性等。经济上的可行性等。 2012/4/5 30 2.3.2 常用的防腐蚀措施常用的防腐蚀措施 治理环境治理环境包括介质处理（干燥、脱气、脱盐等）、缓蚀剂、与环境隔离的覆盖层等。包括介质处理（干燥、脱气、脱盐等）、缓蚀剂、与环境隔离的覆盖层等。 整治结构整治结构结构包括宏观的“工程结构”及微观的“材料结构”；前者通过设计来整顿，结构包括宏观的“工程结构”及微观的“材料结构”；前者通过设计来整顿， 后者通过材料成分及工艺的调整来改变，也可将防腐蚀覆盖层及电化学保护放在材料结构后者通过材料成分及工艺的调整来改变，也可将防腐蚀覆盖层及电化学保护放在材料结构 之内，因为它们分别改变了材料表面的化学成分及电子结构。之内，因为它们分别改变了材料表面的化学成分及电子结构。 整治结构整治结构 治理环境治理环境 常用的防腐蚀措施常用的防腐蚀措施 防腐蚀 设计 耐蚀 材料 电化学 保护 介质 处理 缓蚀剂 选选 材材 结结 构构 非非 金金 属属 材材 料料 金金 属属 材材 料料 阳阳 极极 保保 护护 阴阴 极极 保保 护护 防腐蚀 覆盖层 金金 属属 材材 料料 非非 金金 属属 材材 料料 脱水、脱水、 脱硫、脱硫、 脱氧等脱氧等 加氨、加氨、 Lan5、、 Lan826 等等 2012/4/5 31 根据腐蚀电池极化作用，人为地采取一定的措施，使原来的腐蚀电根据腐蚀电池极化作用，人为地采取一定的措施，使原来的腐蚀电 池产生阴极极化或阳极极化，缓解或防止金属的腐蚀。池产生阴极极化或阳极极化，缓解或防止金属的腐蚀。 金属电化学保护分为阴极保护和阳极保护。前者包括牺牲阳极法、金属电化学保护分为阴极保护和阳极保护。前者包括牺牲阳极法、 外加电源法和排流保护法，后者包括保护器法和外加电源法。外加电源法和排流保护法，后者包括保护器法和外加电源法。 ㈠㈠ 电化学保护电化学保护 阳极保护阳极保护 阴极保护阴极保护 电化学保护电化学保护 保护器法保护器法 外加电源法外加电源法 牺牲阳极法牺牲阳极法 外加电源法外加电源法 排流保护法排流保护法 2012/4/5 32 ⑴⑴ 阴极保护阴极保护 利用外部阴极电流使金属阴极极化，从而达到减缓或停止金属腐蚀的目的，利用外部阴极电流使金属阴极极化，从而达到减缓或停止金属腐蚀的目的， 这样的方法叫做阴极保护。这样的方法叫做阴极保护。 实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。由于在杂散电流排除实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。由于在杂散电流排除 过程中，在被保护的构筑物上保留一定的负电位，使构筑物得到了阴极保护，所以过程中，在被保护的构筑物上保留一定的负电位，使构筑物得到了阴极保护，所以 排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法。排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法。 ①① 强制电流法强制电流法 根据阴极保护原理，用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负根据阴极保护原理，用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负 极接到被保护的构筑物（管道）上，将电源的正极接到辅助阳极上，在电流的作用极接到被保护的构筑物（管道）上，将电源的正极接到辅助阳极上，在电流的作用 下，使构筑物发生阴极极化，实现阴极保护。下，使构筑物发生阴极极化，实现阴极保护。 ②② 牺牲阳极保护牺牲阳极保护 在腐蚀电池中，阳极腐蚀、阴极不腐蚀。利用这一原理，以牺牲阳极优先溶在腐蚀电池中，阳极腐蚀、阴极不腐蚀。利用这一原理，以牺牲阳极优先溶 解，金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极保护法。解，金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极保护法。 2012/4/5 33 整流器整流器 阴极保护原理图阴极保护原理图 石墨阳极石墨阳极 带状牺牲阳极带状牺牲阳极 2012/4/5 34 ③③ 排流保护排流保护 当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道的阴极极化，这时杂散电流当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道的阴极极化，这时杂散电流 就成了阴极保护电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直就成了阴极保护电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直 接排流、极性排流、强制排流接排流、极性排流、强制排流3种形式。种形式。 ④④ 对被保护构筑物选用阴极保护方式时主要考虑如下因素对被保护构筑物选用阴极保护方式时主要考虑如下因素 2012/4/5 35 ⑵⑵、阳极保护、阳极保护 利用钝化体系的阳极钝化现象，使金属表面流过一定的电流利用钝化体系的阳极钝化现象，使金属表面流过一定的电流 密度，从而使金属表面生成钝化膜，再用很小的电流密度维持钝密度，从而使金属表面生成钝化膜，再用很小的电流密度维持钝 化状态，则金属将从腐蚀强烈的活化状态转变成腐蚀轻微的稳定化状态，则金属将从腐蚀强烈的活化状态转变成腐蚀轻微的稳定 的钝化状态，这种防止金属腐蚀的技术就称为阳极保护。的钝化状态，这种防止金属腐蚀的技术就称为阳极保护。 2012/4/5 36 ㈡㈡ 基体表面处理的重要性基体表面处理的重要性 金属表面处理的内容主要是表面清理和除锈。此外，为提高金属表金属表面处理的内容主要是表面清理和除锈。此外，为提高金属表 面的防锈能力，还对金属表面进行氧化、磷化和钝化处理，也属于金属面的防锈能力，还对金属表面进行氧化、磷化和钝化处理，也属于金属 表面处理的内容。表面处理的内容。 金属表面清理清理灰尘、油脂、残留化工物料、陈旧的衬里及涂层金属表面清理清理灰尘、油脂、残留化工物料、陈旧的衬里及涂层 等。等。 金属表面除锈人工和动力工具处理；喷射处理；化学处理；其他处金属表面除锈人工和动力工具处理；喷射处理；化学处理；其他处 理方法。理方法。 金属表面的氧化、磷化及钝化处理。金属表面的氧化、磷化及钝化处理。 GB 8923-1988 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 GB/T18839.1-2002 涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法 总则总则 GB/T18839.1-2002 涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法 磨料喷射清理磨料喷射清理 GB/T18839.1-2002 涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法 手工和动力工具处理手工和动力工具处理 2012/4/5 37 表面预处理等级表面预处理等级 金属表面处理的内容主要是表面清理和除锈。此外，为提高金属表面金属表面处理的内容主要是表面清理和除锈。此外，为提高金属表面 的防锈能力，还对金属表面进行氧化、磷化和钝化处理，也属于金属表的防锈能力，还对金属表面进行氧化、磷化和钝化处理，也属于金属表 面处理的内容。面处理的内容。 金属表面清理金属表面清理清理灰尘、油脂、残留化工物料、陈旧的衬里及涂清理灰尘、油脂、残留化
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