鋼的腐蝕原因及分析課件

鋼的腐蝕、磨損失效

及其分析方法上海材料研究所耐蝕材料與環(huán)境敏感斷裂試驗(yàn)室鄭文龍鋼的腐蝕、磨損失效

及其分析方法鄭文龍1鋼的腐蝕失效金屬與環(huán)境介質(zhì)之間的化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)或破壞過(guò)程稱為金屬的腐蝕金屬腐蝕破壞所見(jiàn)到的統(tǒng)計(jì)報(bào)道：1922年，15億美元/年1937年，760公斤的鐵/5秒1975年，700億美元/年直接損失間接損失？鋼的腐蝕失效金屬與環(huán)境介質(zhì)之間的化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)2世界有關(guān)國(guó)家對(duì)腐蝕造成經(jīng)濟(jì)損失的統(tǒng)計(jì)國(guó)別統(tǒng)計(jì)時(shí)間損失金額（億美元）占國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入G.N.P（%）美國(guó)194919661973197519865510015070017004.2

英國(guó)1957196912.527.53.5日本194919741.1921～2西德1969197652.396.3加拿大197510澳大利亞19734.71.5瑞典19754荷蘭19680.7前蘇聯(lián)1987907～1059世界有關(guān)國(guó)家對(duì)腐蝕造成經(jīng)濟(jì)損失的統(tǒng)計(jì)國(guó)別統(tǒng)計(jì)時(shí)間損失金額占國(guó)3我國(guó)因腐蝕造成經(jīng)濟(jì)損失我國(guó)雖然沒(méi)有就腐蝕所引起的損失做過(guò)系統(tǒng)的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，但腐蝕現(xiàn)象的嚴(yán)重已相當(dāng)驚人的：1979年某燃?xì)夤镜囊夯瘹鈴S的400M2液化氣罐因腐蝕開裂所爆炸，當(dāng)場(chǎng)炸死30余人，重傷50多人，僅1次損失650萬(wàn)元。70年代隨著石油氣田的開發(fā)，某氣田由于天然氣中硫化氫腐蝕造成設(shè)備突然破壞，引起天然氣的井噴，發(fā)生重大的火災(zāi)事故，其損失不可估量；汽輪發(fā)電機(jī)的葉輪應(yīng)力腐蝕開裂而飛裂，造成重大事故，且現(xiàn)在還有許多葉輪和葉片發(fā)生開裂事故，這樣的例子不勝枚舉。目前我國(guó)每年腐蝕掉的鋼材已超過(guò)500萬(wàn)噸。我國(guó)因腐蝕造成經(jīng)濟(jì)損失我國(guó)雖然沒(méi)有就腐蝕所引起的4金屬腐蝕的分類按機(jī)理電化學(xué)腐蝕非電化學(xué)腐蝕按形態(tài)均勻腐蝕局部腐蝕點(diǎn)蝕縫隙腐蝕電偶腐蝕晶間腐蝕應(yīng)力腐蝕氫脆、氫致開裂、氫鼓泡和氫蝕疲勞腐蝕選擇性腐蝕金屬腐蝕的分類按機(jī)理5美國(guó)杜邦公司因各類腐蝕引起的685起事故的統(tǒng)計(jì)破壞形式比例，%1968196919701971累計(jì)平均機(jī)械破壞總和39.543.547.545.244.8破壞形式氣蝕1.00.50.00.00.13冷壁腐蝕1.01.00.00.00.4腐蝕疲勞0.01.42.71.71.5引力腐蝕13.111.511.515.513.1縫隙腐蝕1.11.00.90.70.9脫合金腐蝕0.01.00.50.70.6材質(zhì)不當(dāng)1.00.50.00.70.4磨損腐蝕6.13.33.24.23.8微動(dòng)磨損1.00.00.50.00.3均勻腐蝕18.118.115.29.215.2電偶腐蝕0.00.01.40.40.4石墨化腐蝕0.00.00.00.70.1高溫腐蝕0.01.91.41.31.3熱壁腐蝕1.00.00.00.00.1氫鼓泡0.00.00.50.00.1氫脆斷裂0.00.50.50.70.4晶間腐蝕7.15.12.79.25.6點(diǎn)腐蝕10.18.68.84.27.9焊接腐蝕0.01.91.86.32.5總和65.556.552.154.855.2美國(guó)杜邦公司因各類腐蝕引起的685起事故的統(tǒng)計(jì)破壞形式比例，6均勻腐蝕

GeneralCorrosion發(fā)生腐蝕的基本條件腐蝕特征防止措施均勻腐蝕

GeneralCorrosion發(fā)生7電偶腐蝕

GalvanicCorrosion電偶序及影響因素腐蝕特征防止措施

大陰極/小陽(yáng)極

不同金屬直接聯(lián)接

絕緣、涂料、緩蝕劑電偶腐蝕

GalvanicCorrosion電偶序及8縫隙腐蝕

CreviceCorrosion發(fā)生腐蝕的基本條件腐蝕特征防止措施縫隙腐蝕

CreviceCorrosion發(fā)生腐蝕的9點(diǎn)腐蝕

PittingCorrosion發(fā)生腐蝕的基本條件腐蝕特征防止措施點(diǎn)腐蝕

PittingCorrosion發(fā)生腐蝕的10晶間腐蝕

IntergranularCorrosion發(fā)生腐蝕的基本條件腐蝕特征防止措施晶間腐蝕

IntergranularCorro11選擇性腐蝕

SelectiveCorrosion發(fā)生腐蝕的基本條件常見(jiàn)腐蝕形式：

黃銅脫鋅石墨化腐蝕高溫氧化及熔融鹽腐蝕選擇性腐蝕

SelectiveCorrosion發(fā)12磨耗腐蝕

ErosionCorrosion發(fā)生腐蝕的基本條件兩種特殊形式氣蝕微動(dòng)磨損腐蝕腐蝕特征防止措施選擇耐磨蝕材料合理設(shè)計(jì)改變環(huán)境涂層陰極保護(hù)磨耗腐蝕

ErosionCorrosion發(fā)生13應(yīng)力腐蝕開裂

StressCorrosionCracking發(fā)生腐蝕的基本條件腐蝕特征防止措施應(yīng)力腐蝕開裂

StressCorrosionCracki14腐蝕疲勞

CorrosionFatigue發(fā)生腐蝕的基本條件腐蝕特征防止措施腐蝕疲勞

CorrosionFatigue發(fā)生腐蝕15氫損傷

HydrogenDamage發(fā)生腐蝕的基本條件

氫腐蝕、氫脆、脫碳、氫鼓泡氫損傷

HydrogenDamage發(fā)生腐蝕的基本16化學(xué)工業(yè)中各類腐蝕損壞所占的比例化學(xué)工業(yè)中各類腐蝕損壞所占的比例17磨損失效構(gòu)件與其摩擦副摩擦過(guò)程產(chǎn)生的失效行為典型的磨損過(guò)程磨損失效構(gòu)件與其摩擦副摩擦過(guò)程產(chǎn)生的失效行為典型的磨損過(guò)程18粘著磨損

AdhesiveWearAB磨粒磨損

AbrasiveWear基體磨損面AB粘著磨損

AdhesiveWearAB磨粒磨損

Abras19腐蝕磨損

CorrosionWearBA微動(dòng)磨損

FrettingWear微動(dòng)磨損的三個(gè)特點(diǎn)：①不規(guī)則的切向振動(dòng)使接觸部分產(chǎn)生滑移；②磨屑裹夾在相互接觸的兩摩擦面間；③循環(huán)應(yīng)力作用產(chǎn)生疲勞裂紋核心。腐蝕磨損

CorrosionWearBA微動(dòng)磨損

Fre20沖蝕和氣蝕

ImpactandCavitationErosionBAP′P沖蝕和氣蝕

ImpactandCavitationEr21疲勞磨損

FatigueCorrosionRRP接觸應(yīng)力p=2P（α2-x2）1/2/（πα2）平面接觸區(qū)半寬度α=4PR（1-υ2）/（πE）圓柱體內(nèi)部最大剪應(yīng)力Τmax=（（σx-σz）2+4τ2xz）1/2/2最大剪應(yīng)力位于接觸表面下部0.67α處，此處易形成裂紋核心疲勞磨損

FatigueCorrosionRRP接觸應(yīng)力Τ22腐蝕、磨損失效

研究分析的手段和方法分析方法最大穿透深度，nm分辨率，nm磨損失效應(yīng)用備注Auger電子譜0.1～1.55金屬轉(zhuǎn)移，表面積聚物在真空中分析K射線光電子譜1.5～7.55μm潤(rùn)滑劑反應(yīng)產(chǎn)物化學(xué)分析在真空中分析橢圓儀400～5001mm透明固體膜厚度在空氣中分析Roman譜400～50010有機(jī)膜厚度及化學(xué)分析在空氣中分析Rutherford背散射2μm10表面膜厚度及成分二次離子質(zhì)譜濺射0.55μm表面化學(xué)分析在真空中分析在線掃描電鏡磨損試驗(yàn)裝置5不斷變化的磨損表面顯微結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)移膜的元素分析在真空中分析光學(xué)顯微鏡200磨損形貌的特性及尺寸，表面膜顏色Normaski織構(gòu)在空氣中分析Fourier轉(zhuǎn)換紅外光譜2000nm2000有機(jī)表面膜化學(xué)；高分子材料轉(zhuǎn)移和邊界潤(rùn)滑在空氣中分析原子力顯微鏡0.1原子水平的摩擦力，原子水平的表面租糙度表面輪廓儀0.1～25μm用觸針?lè)y(cè)量表面粗糙度·，加工表面和磨損表面的微觀形貌磨損失效研究的表面分析工具腐蝕、磨損失效

研究分析的手段和方法分析方法最大穿透深度，23腐蝕失效研究的表面分析工具儀器用途X射線衍射儀腐蝕產(chǎn)物的物相電子探針腐蝕產(chǎn)物的元素及相對(duì)含量俄歇電子能譜儀表面產(chǎn)物的元素及價(jià)態(tài)穆斯堡爾示譜儀腐蝕產(chǎn)物價(jià)態(tài)紅外吸收光譜儀有機(jī)產(chǎn)物分析失效分析步驟失效構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查→宏觀分析（材質(zhì)、成型過(guò)程、熱處理、力學(xué)性能、失效形態(tài)）→微觀分析（組織形貌、開裂機(jī)理）→表面產(chǎn)物分析（腐蝕產(chǎn)物類型、組成及反應(yīng)過(guò)程）→失效類型的確定→重演性試驗(yàn)驗(yàn)證腐蝕失效研究的表面分析工具儀器用途X射線衍射儀腐蝕產(chǎn)物的物相24腐蝕、磨損失效

實(shí)例分析煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析概況：揮發(fā)線水平放置膨脹節(jié)采用2mm厚的304不銹鋼縱向拼焊制造，經(jīng)約10個(gè)月的運(yùn)行發(fā)生開裂，開裂發(fā)生在水平下方內(nèi)壁，裂紋有數(shù)十條，長(zhǎng)度在30mm之內(nèi)。部分裂紋已穿透管壁，裂紋開裂寬度達(dá)1mm。所有裂紋平行于膨脹節(jié)軸線，為縱向裂紋，主要分布在膨脹節(jié)的波谷內(nèi)壁。內(nèi)壁上有φ0.5mm以下的點(diǎn)蝕坑運(yùn)行條件：介質(zhì)：油+汽（含有Cl-、H2S，冷凝水Cl-測(cè)定為40ppm）；溫度：110～150℃壓力：0.02～0.15MPa腐蝕、磨損失效

實(shí)例分析煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹25煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析已有結(jié)論磁性檢查：膨脹節(jié)在成型中部分形成了馬氏體。金相檢查：裂紋呈穿晶擴(kuò)展，有分叉，不象奧氏體不銹鋼Cl-中的SCC裂紋分支分叉典型斷口分析：穿晶解理斷口，有明顯雞爪形發(fā)紋，即與氫致開裂機(jī)理有關(guān)。腐蝕產(chǎn)物能譜分析：硫元素占重量的2.13%，未測(cè)出氯元素初步結(jié)論：硫化氫與水引起的濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析已有結(jié)論26煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析宏觀分析膨脹節(jié)谷底開裂宏觀形貌

開裂從膨脹節(jié)波紋管的內(nèi)壁谷底開始，為縱向裂紋煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析宏觀分析膨27煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析宏觀形貌內(nèi)壁出現(xiàn)的點(diǎn)腐蝕煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析宏觀形貌內(nèi)28煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析宏觀形貌內(nèi)壁出現(xiàn)的點(diǎn)腐蝕煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析宏觀形貌內(nèi)29煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析裂紋形態(tài)及擴(kuò)展途徑裂紋的軸向截面形貌裂紋從點(diǎn)蝕坑開始，起始裂紋有一段較直，后出現(xiàn)分叉。點(diǎn)蝕坑煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析裂紋形態(tài)及30煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析裂紋形態(tài)及擴(kuò)展途徑裂紋的擴(kuò)展途徑裂紋起始沒(méi)有分叉，為穿晶裂紋；后裂紋出現(xiàn)穿晶分叉。煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析裂紋形態(tài)及31煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描電鏡觀察膨脹節(jié)內(nèi)壁裂紋與腐蝕坑煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描32煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描電鏡觀察打開裂紋后膨脹節(jié)的斷口左下角為老斷口煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描33煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描電鏡觀察裂紋開裂源處的放大形貌起源處煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描34煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描電鏡觀察開裂源處的斷口形貌該圖是典型的脆性疲勞特征平行輝紋二次裂紋裂紋擴(kuò)展方向煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描35煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描電鏡觀察擴(kuò)展區(qū)中的解理臺(tái)階及二次裂紋煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描36煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描電鏡觀察擴(kuò)展區(qū)中的解理刻面及臺(tái)階煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口的掃描37煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口上的產(chǎn)物分析膨脹節(jié)表面泥狀腐蝕產(chǎn)物腐蝕產(chǎn)物中有Cl、S煉油廠常壓塔塔頂304SS傳油線膨脹節(jié)開裂原因分析斷口上的產(chǎn)38斷口上的產(chǎn)物分析斷口源處