橢圓形封頭根據(jù)腐蝕形態(tài)的類型及定義

　　按腐蝕形態(tài)分類，橢圓形封頭可分為均勻腐蝕、局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕三大類。

　　1、均勻腐蝕

　　它的 點是腐蝕均勻地發(fā)生在整個金屬表面。大多數(shù)的化學(xué)腐蝕均屬于這種類型。橢圓形封頭均勻腐蝕是危險性 小的一種腐蝕，工程中往往是給出足夠的腐蝕余量 能保證材料的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命。

　　橢圓形封頭均勻腐蝕常用單位時間內(nèi)腐蝕介質(zhì)對金屬材料的腐蝕深度或金屬構(gòu)件的壁厚減薄量(稱之為腐蝕速率)來評定。SH3059標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：腐蝕速率不超過0.05mm/a的材料為充分 材料;腐蝕速率為0.05mm/a～0.1mm/a的材料為 材料;腐蝕速率為0.1mm/a～0.5mm/a的材料為尚 材料;年腐蝕速率超過0.5mm/a的材料為不 材料。

　　2、局部腐蝕

　　局部腐蝕又叫非均勻腐蝕，它的 點是腐蝕發(fā)生在金屬材料的一些 定區(qū)域。局部腐蝕雖不象均勻腐蝕那樣造成大量的金屬損失，但其危害性遠(yuǎn)比均勻腐蝕大，因為橢圓形封頭均勻腐蝕容易被發(fā)覺，容易設(shè)防，而局部腐蝕則難以預(yù)測和預(yù)防，往往在沒有先兆的情況下，使金屬構(gòu)件突然發(fā)生破壞，從而造成重大火災(zāi)或人身傷亡事故。局部腐蝕很普遍，據(jù)統(tǒng)計，均勻腐蝕占整個腐蝕中的17.8%，而局部腐蝕則占80%左右。工程中，選材時應(yīng)力求避免局部腐蝕的發(fā)生。根據(jù)腐蝕發(fā)生的條件和形態(tài)不同，局部腐蝕又可分為以下幾種：

　　a、電偶腐蝕

　　當(dāng)兩種電極電位不同的金屬或合金接觸并處于電解質(zhì)溶液環(huán)境中時，電位較負(fù)的金屬其腐蝕速度會比它單 存在時 快，而電位較正的金屬腐蝕速度反而比它單 存在時減慢，這種橢圓形封頭腐蝕稱之為電偶腐蝕。如碳鋼與不銹鋼接觸并處于電解質(zhì)環(huán)境中時，碳鋼將被加速腐蝕，而不銹鋼則被保護(hù)。工程上，應(yīng)盡可能避免具有不同電位的金屬材料在腐蝕環(huán)境中直接接觸。

　　b、點蝕

　　對于表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬，當(dāng)其鈍化膜表面存在機(jī)械裂縫、擦傷、夾雜物等缺陷造成鈍化膜的厚薄不均勻時，甚至露出基體金屬時，橢圓形封頭便形成活化—鈍化腐蝕電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕。這種腐蝕一般縱向發(fā)展，形成蝕坑或蝕孔，通常稱這種腐蝕為點蝕。具有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬有鋁及鋁合金、不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金等。這種腐蝕環(huán)境多為含有氯離子或氯化物等強(qiáng)還原性介質(zhì)的的腐蝕環(huán)境。點蝕的破壞性和隱蔽性較大，它往往又是晶間腐蝕、剝蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等發(fā)生的誘因。工程上防止點蝕發(fā)生的措施是：選擇對點蝕不敏感的材料，控制介質(zhì)中氯離子的含量。

　　c、縫隙腐蝕

　　金屬構(gòu)件表面由于存在異物或由于結(jié)構(gòu)上的原因而存在縫隙(一般在0.025 mm～0.1mm)時，因為縫隙內(nèi)存在的腐蝕介質(zhì)遷移比較困難，從而引發(fā)金屬的腐蝕，這種發(fā)生在縫隙內(nèi)的金屬腐蝕叫做縫隙腐蝕?？p隙腐蝕往往會成為其它腐蝕如點蝕、應(yīng)力腐蝕的誘因，因此，橢圓形封頭應(yīng)力求避免縫隙腐蝕的發(fā)生。對于容易產(chǎn)生縫隙腐蝕的介質(zhì)，在管道結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)避免有縫隙存在。

　　d、晶間腐蝕

　　晶間腐蝕是一種因微電池作用而引起的局部破壞，是 定的金屬材料在 定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕。它的 點是在表面還看不出破壞時，橢圓形封頭晶粒之間已喪失了結(jié)合力。它是一種危害性很大的局部腐蝕。晶間腐蝕的發(fā)生有兩個條件，其一是晶界物質(zhì)的物理化學(xué)狀態(tài)與晶粒本身不同;其二是有 定的腐蝕環(huán)境存在。工程上 常見的容易發(fā)生晶間腐蝕的材料是奧氏體不銹鋼。防止奧氏體不銹鋼晶間腐蝕發(fā)生的措施主要有三個：其一是降低不銹鋼橢圓形封頭中的含碳量，使之小于奧氏體室溫溶解度(0.02%～0.03%)以下;其二是進(jìn)行固溶熱處理，使晶粒和晶界物質(zhì)的化學(xué)成分一致;其三是采用含穩(wěn)定化元素(主要是鈦和鈮)的奧氏體不銹鋼。

　　關(guān)于奧氏體不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕的機(jī)理，目前說法很多，但能為大多數(shù)人所接受的說法是貧鉻說。貧鉻說認(rèn)為，由于高溫奧氏體和低溫奧氏體對碳的溶解度不一樣，當(dāng)橢圓形封頭材料從高溫冷卻時，過飽和的碳元素將從奧氏體中析出并向晶界遷移，同時鉻元素也向晶界遷移，但碳和鉻的遷移速度不同，碳元素的遷移速度快。當(dāng)冷卻速度較快時，碳和鉻都來不及遷移，而碳被固溶在奧氏體中，此時晶界的化學(xué)成分沒有發(fā)生變化，也 不會產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。當(dāng)冷卻速度 慢時，碳和鉻先后都充分遷移到晶界，從新達(dá)到碳鉻平衡，此時晶界與晶粒內(nèi)的化學(xué)成分也沒有差別，故也不會產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。這種冷卻方式在工程上是不現(xiàn)實的。當(dāng)冷卻速度介于極快和極慢之間時，由于碳元素遷移的速度快，在鉻還來不及充分遷移到晶界時，冷卻已經(jīng)完成，此時 造成晶界上的碳元素多，鉻元素少，也 是說造成了晶界的貧鉻。貧鉻的晶界其 性能下降，從而導(dǎo)致材料晶間腐蝕傾向產(chǎn)生。對于超低碳奧氏體不銹鋼，因其碳含量低于奧氏體室溫溶解度，不存在過飽和的碳遷移問題，也 不存在晶間腐蝕傾向問題。對于穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼橢圓形封頭，由于其中的穩(wěn)定化元素(鈦和鈮)與碳形成很穩(wěn)定的碳化物(碳化鈦、碳化鈮)，它將固定著碳使它不能遷移，從而抑制了晶間腐蝕傾向的產(chǎn)生。

　　晶間腐蝕是點蝕的一種 例，只不過它是發(fā)生在晶界上而已，而點蝕既可以發(fā)生在晶界上，又可以發(fā)生在晶內(nèi)。

　　3、應(yīng)力作用下的腐蝕

　　應(yīng)力作用下的腐蝕也象局部腐蝕那樣，在沒有發(fā)生預(yù)兆的情況下，突然導(dǎo)致橢圓形封頭的破壞。因此它也是一種危害性較大的腐蝕。與局部腐蝕有所不同的是，應(yīng)力作用下的腐蝕通常是在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的，而在實際工程應(yīng)用中，管道元件通常都是在受力狀態(tài)下工作的，因此，它也是一種普遍存在的腐蝕類型。根據(jù)腐蝕發(fā)生的條件和形態(tài)不同，它又可分為以下幾種類型：

　　a、應(yīng)力腐蝕

　　它指的是橢圓形封頭在拉伸應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用下引起的破壞。應(yīng)力腐蝕斷裂的產(chǎn)生應(yīng)具備以下三個條件：其一是要有 定的腐蝕環(huán)境(包括腐蝕介質(zhì)的成分、濃度和溫度等);其二是要有足夠大的拉伸應(yīng)力(應(yīng)超過某一極限值);其三是金屬材料具有 定的合金成分和組織(包括晶粒大小、晶粒取向、形態(tài)、相結(jié)構(gòu)、各類缺陷等)。常用金屬材料易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的環(huán)境組合見表3-5。

　　表3-5 易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的金屬材料和環(huán)境組合

　　工程上防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施有以下幾方面：其一是降低橢圓形封頭中的應(yīng)力水平，避免或減少局部應(yīng)力集中，消除加工殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力;其二是控制敏感環(huán)境，例如加入緩蝕劑，升高介質(zhì)的PH值，采用電化學(xué)保護(hù)等措施;其三是正確選用材質(zhì)，力求避免易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的材料-環(huán)境組合。

　　關(guān)于應(yīng)力腐蝕發(fā)生的機(jī)理，橢圓形封頭業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為：在較大的應(yīng)力作用下，金屬材料的原子處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，在 定的腐蝕介質(zhì)作用下，原子容易失去電子而使材料遭受腐蝕，進(jìn)而發(fā)生脆裂，即產(chǎn)生微裂紋。由于微裂紋的應(yīng)力集中效應(yīng)，使材料的脆裂得以快速發(fā)展，微裂紋快速擴(kuò)大， 終導(dǎo)致材料斷裂。此時的應(yīng)力一般指結(jié)構(gòu)峰值應(yīng)力或由結(jié)構(gòu)應(yīng)力與加工殘余應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力疊加后的高值局部應(yīng)力，只有高值局部應(yīng)力才足以導(dǎo)致材料的不穩(wěn)定。此時的腐蝕介質(zhì)是指對材料有選擇性腐蝕并使材料處于脆性的 定腐蝕介質(zhì)。如果腐蝕介質(zhì)對材料有很強(qiáng)的腐蝕性，并發(fā)生 腐蝕，由此造成橢圓形封頭材料受力面積減少而導(dǎo)致的破壞，則不屬于應(yīng)力腐蝕開裂破壞。

　　b、氫損傷

　　由于氫的存在或與氫發(fā)生反應(yīng)而引起的金屬構(gòu)件的破壞稱為橢圓形封頭金屬的氫損傷。根據(jù)氫引起的金屬破壞的條件、機(jī)理和形態(tài)不同，氫損傷主要可以分為氫脆、氫鼓泡、表面脫碳和氫腐蝕(內(nèi)部脫碳)四大類。有關(guān)氫損傷的詳細(xì)論述將在后面進(jìn)行。

　　c、腐蝕疲勞

　　它是在腐蝕和循環(huán)應(yīng)力共同作用下而產(chǎn)生的一種破壞。腐蝕疲勞能 降低金屬材料的疲勞極限。腐蝕疲勞在石油化工生產(chǎn)過程中的存在也很普遍，有交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同存在的場合 有腐蝕疲勞。它是應(yīng)力腐蝕的一種 殊情況，因此它的危害并不亞于應(yīng)力腐蝕開裂。橢圓形封頭上防止腐蝕疲勞的措施一般有兩個，其一是對金屬構(gòu)件采用陰極保護(hù)法或者在介質(zhì)中添加緩蝕劑，以消除或緩和腐蝕環(huán)境。其二是降低金屬構(gòu)件的應(yīng)力水平或峰值應(yīng)力。

　　d、磨損腐蝕

　　由于腐蝕性流體和橢圓形封頭金屬表面間相對運(yùn)動而引起的金屬加速破壞稱為磨損腐蝕。它常發(fā)生在流體處于高速運(yùn)動的設(shè)備中，如工藝管道( 別是彎頭處)、離心機(jī)葉輪、換熱器管、蒸汽管道等。根據(jù)磨損的方式不同，磨損腐蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和微振腐蝕等幾種型式。工程上防止磨損腐蝕發(fā)生的措施有：選用 性好的材料;結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取措施，如橢圓形封頭中磨蝕部位比較嚴(yán)重的彎頭處加保護(hù)板;對空泡腐蝕來說，采用光浩度較高的加工表面，以減少甚至避免形成氣泡的核點。