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氧浓差腐蚀电池
作者:admin 发表时间:2024-01-30 [浏览量:2]
摘要:硫化物应力腐蚀通常容易发生在高强度(高硬度)钢的焊接熔合区或低合金钢的热影响区处。 对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关,这主要与PH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。人们发现钢中的氢溶解量在PH值接近中性的溶液中最低,而在PH值较低和较高

  •硫化物应力腐蚀通常容易发生在高强度(高硬度)钢的焊接熔合区或低合金钢的热影响区处。

  •对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关,这主要与PH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。人们发现钢中的氢溶解量在PH值接近中性的溶液中最低,而在PH值较低和较高的溶液中较高。在较低PH值中的腐蚀原因是因为H2S,反之在高PH值中腐蚀是因为高浓度的二硫化物离子。若高PH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。目前已知钢材对SCC的敏感性随H2S含量(H2S在气相中的分压,或液相中的H2S含量)的增加而增大。H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SCC有敏感性。

  •应力腐蚀的机理很复杂,按照左景伊提出的理论,破裂的发生和发展可区分为三个阶段:

  孔蚀是高度局部的腐蚀形态。金属表面的大部分不腐蚀或腐蚀轻微,只在局部发生一个或一些孔等距修形。孔有大有小,一般孔表面直径等于或小于孔深。

  Cl、Br、I使钝化膜破损、电位差、闭塞电池、PH值下降、Cl离子进入、HCl形成等

  • 1)介质为液态氨,其中的含水量低于0.2%并有可能受到O2或CO2的污染(N2也是必要的);

  •对碳钢和低合金钢而言,液氨中加入0.2%的水可起到缓蚀作用,从而可基本上避免断裂的发生,但对抗拉强度高于800MPa的调质高强钢,加水不能完全抑制裂纹的产生。

  •断口特征:宏观断口与疲劳断口有一定相似性,但断口上可见明显的腐蚀产物存在。裂纹越深e世博网址备用登录、缺口效应越严重,尖端应力水平上升,腐蚀电位升高,腐蚀加剧等。

  •由于钢强度提高,不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长,则可断定原断裂为机械疲劳;

  •如果提高了钢的耐蚀性或排除了腐蚀介质的作用后,不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长,则可断定原断裂为腐蚀疲劳。

  •碳钢在金属温度小于46℃时不会出现腐蚀性开裂。在46℃到82℃范围之间,开裂敏感性是碱液浓度的函数。超过82℃,开裂敏感性也是碱液浓度的函数。碱浓度(wt)超过2%时,就有可能发生应力腐蚀开裂。碱浓度(wt)超过5%时,发生碱应力腐蚀开裂的概率非常大。碱浓度小于5%时开裂敏感性相对较低,但是如果存在局部碱液浓缩条件则开裂的敏感性显著增加。

  •泵的轴、杆、螺旋浆轴、油气井管以及承受交变热应力的换热器管和锅炉管上发生

  •金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡(HB)的相互连接而逐步形成的内部开裂称为氢致开裂(HIC)。形成HIC不需要有外部作用压力。开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压力的累积而在氢鼓泡周围形成的高压。

  •流动的腐蚀介质对金属表面即发生腐蚀作用,又存在机械冲刷的条件下导致的金属破坏。

  •机理:两种不同电位金属电极构成的宏观原电池的腐蚀电位高的成为阳极浓差腐蚀电池,腐蚀加剧。电位低的为阴极,腐蚀减轻。

  • SOHIC就是大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高拉应力作用下在钢板厚度方向上的连通。SOHIC是HIC的一个特别形式,经常出现在母材的焊缝和热影响区附近,因为在内压和焊后残余应力的联合作用下,在此处产生了最大的拉应力。PWHT可以减轻SOHIC的产生和严重程度,但不能完全避免。

  •高温腐蚀、湿腐蚀、土壤腐蚀、沉淀腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、钒腐蚀、氧腐蚀、盐腐蚀、环烷酸腐蚀、氢腐蚀、硫化氢腐蚀行星轮、连多硫酸腐蚀、海水腐蚀、硫化氢-氯化氢-水型腐蚀液压马达、硫化氢-氢型腐蚀、硫化氢-氧化物-水型腐蚀等

  •不同材料、同一材料内的化学或物理性质不均匀(成分偏析、金相组织差异、残余应力(焊接、冷变形))

  •在高温及含碳的环境气氛(如CO和烃类)中,环境中的碳化物在与钢接触时发生分解并生成游离碳,使钢表面的氧化膜破损,并渗入钢中生成碳化物的现象。一般在表面发生,碳的浓度在表面最大。乙烯裂解炉炉管和合成氨装置的转化炉炉管有次现象发生。

  •现象:一种特殊的点蚀现象,常和孔穴、垫片底面、搭接缝、表面沉积物、螺栓帽和铆钉下的缝隙中积存的少量静止溶液有关。

  • Fontane-Greene——氧浓差理论,缝隙内外氧的浓度差形成浓差电池作用。缝隙内局部优先溶解,发生阴极和阳极反应。氧消耗使缝隙内阴极反应受抑制,生成的OH-减少,Cl-补充进入缝隙——生成金属盐——水解生成盐酸——pH值降低——腐蚀加剧

  •氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的空洞(如:气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂)。鼓泡经常产生在轧制厚钢板中,特别是那些由于硫化物夹杂被拉伸后而产生的带状微观结构。由于氢鼓泡而引起的对HIC的敏感性主要与厚钢板的钢中所含有的杂质有关,硫含量越高的钢越容易发生氢鼓泡。降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对HIC的敏感性。加入钙或稀土来控制硫化物数量和形状有利于降低HIC敏感性。

  •在高温和介质环境中的O2、H2O、H2作用下发生在碳钢和低合金钢中的一种钢的表面脱碳现象。

  • 3)应力(一般指拉应力,压应力?应力来源主要为焊接和冷变形残余应力。应力集中的影响?);

  •碱应力腐蚀开裂(也称为碱脆)是指金属在拉应力和介质中的NaOH共同作用下产生的阳极溶解型开裂。碱应力腐蚀开裂主要在碳钢和低合金钢设备上出现。碱应力腐蚀裂纹主要产生在晶间。碳钢和低合金钢的碱腐蚀开裂敏感性主要由碱液的浓度、金属温度和拉应力水平所决定面对面配置。碱应力腐蚀开裂一般需要长达几年时间后才会出现,但如果增加碱液浓度或金属温度以加速开裂速度则也有可能在几天内发生。

  •开裂特点——与主要的应力源应力方向垂直、在扩展过程中一般会发生分叉现象

  •机理:在湿硫化氢环境中钢发生电化学腐蚀过程中产生的氢原子进入钢中,并在钢的内部缺陷部位(主要是非金属夹杂物与金属基体的界面)聚集成氢分子,使局部压力升高到104MPa

  •(a)金属表面生成一层保护膜;(b)金属在拉应力的作用下产生“滑移”变形;

  •汽油稳定蒸馏塔顶冷凝器、加氢脱硫装置中的成品冷却器、汽提塔塔顶冷凝器、油田集输油管线

  •机理:钢暴露于高温高压氢环境中,氢吸附、渗透及扩散等过程进入钢的内部,并于钢种的碳元素发生化学反应,生成甲烷(CH4),同时使钢的的局部发生脱碳现象。随着甲烷气体在微观缺陷部位(主要是晶界处)的聚集,导致内压升高并引发裂纹的产生。

  •局部腐蚀:点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、成分选择性腐蚀等

  2)各种缺陷:设计不当、机械和电弧损伤、热处理不当形成的表面裂纹、焊接缺陷(咬边、未熔合、未焊透、缺肉等)

  •统计结果表明,应力腐蚀开裂事件中80%是残余应力造成的,工作载荷造成的仅占20%。工作载荷造成应力腐蚀开裂往往和设计不当有关。

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