鋼鐵的常見腐蝕

紅熱的鐵絲與水接觸，表面形成藍(lán)黑色的保護(hù)層，這屬于化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕金屬腐蝕的現(xiàn)象十分復(fù)雜,根據(jù)金屬腐蝕的機(jī)理不同,通常可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類.1化學(xué)腐蝕金屬材料與干燥氣體或非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞稱化學(xué)腐蝕.鋼鐵材料在高溫氣體環(huán)境中發(fā)生的腐蝕,通常屬化學(xué)腐蝕,在生產(chǎn)實(shí)際中常遇到以下類型的化學(xué)腐蝕.a.鋼鐵的高溫氧化鋼鐵材料在空氣中加熱時,鐵與空氣中的02發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在570℃以下反應(yīng)如下:3Fe+202Fe304生成的Fe304是一層藍(lán)黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了O2與Fe的繼續(xù)反應(yīng),起了保護(hù)膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO為主要成分的氧化皮渣,反應(yīng)如下:2Fe+O22FeO生成的FeO是一種既疏松又極易龜裂的物質(zhì),在高溫下O2可以繼續(xù)與Fe反應(yīng),而使腐蝕向深層發(fā)展.不僅空氣中的氧氣會造成鋼鐵的高溫氧化,高溫環(huán)境中的CO2,水蒸氣也會造成鋼鐵的高溫氧化,反應(yīng)如下:Fe+CO2FeO+CO;Fe+H2OFeO+H2溫度對鋼鐵高溫氧化影響極大,溫度升高,腐蝕速率顯著增加,因此,鋼鐵材料在高溫氧化性介質(zhì)(O2,C02,H20等)中加熱時,會造成嚴(yán)重的氧化腐蝕.b.鋼的脫碳鋼中含碳量的多少與鋼的性能密切相關(guān).鋼在高溫氧化性介質(zhì)中加熱時,表面的C或Fe3C極易與介質(zhì)中O2,C02,水蒸氣,H2等發(fā)生反應(yīng):Fe3C(C)+1/2O23Fe+CO;Fe3C(C)+C023Fe+2CO;Fe3C(C)+H203Fe+CO+H2;Fe3C(C)+2H23Fe+CH4上述反應(yīng)使鋼鐵工件表面含碳量降底,這種現(xiàn)象稱為"鋼的脫碳".鋼鐵工件表面脫碳后硬度和強(qiáng)度顯著下降,直接影響零件的使用壽命,情況嚴(yán)重時,零件報廢,給生產(chǎn)造成很大的損失.c.氫脆含氫化合物在鋼材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),例如:酸洗反應(yīng):FeO+2HCl=FeCl2+H20Fe+2HCl=FeCl2+2H硫化氫反應(yīng):Fe+H2S=FeS+2H高溫水蒸氣氧化:Fe+H20=FeO+2H這些反應(yīng)中產(chǎn)生的氫,初期以原子態(tài)存在,原子氫體積小,極易沿晶界向鋼材的內(nèi)部擴(kuò)散,使鋼的晶格變形,產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力,降低了韌性,引起鋼材的脆性.這種破壞過程稱為"氫脆".合成氨,合成甲醇,石油加氫等含氫化合物參與的工藝中,鋼鐵設(shè)備都存在著氫脆的危害,特別對高強(qiáng)度鋼鐵構(gòu)件的危害更應(yīng)引起注意.d.高溫硫化鋼鐵材料在高溫下與含硫介質(zhì)(硫,硫化氫等)作用,生成硫化物而損壞的過程稱"高溫硫化",反應(yīng)如下:Fe+S=FeS;Fe+H2S=FeS+H2高溫硫化反應(yīng)一般在鋼鐵材料表面的晶界發(fā)生,逐步沿晶界向內(nèi)部擴(kuò)展,高溫硫化后的構(gòu)件,機(jī)械強(qiáng)度顯著下降,以至整個構(gòu)件報廢.在采油,煉油及高溫化工生產(chǎn)中,常會發(fā)生高溫硫化腐蝕,應(yīng)該引起注意.e.鑄鐵的腫脹腐蝕性氣體沿鑄鐵的晶界,石墨夾雜物和細(xì)微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部并發(fā)生化學(xué)作用,由于所生成的化合物體積較大,因此,不僅引起鑄鐵構(gòu)件機(jī)械強(qiáng)度大大降低,而且構(gòu)件的尺寸也顯著增大,這種破壞過程稱為"鑄鐵的腫脹".實(shí)踐證明,加熱的最高溫度超過鑄鐵的相變溫度時,腫脹現(xiàn)象會大大加強(qiáng).陽極反應(yīng):Fe-2e=Fe2+陰極反應(yīng):2H++2e=H2水膜中H+在陰極得電子后放出H2,H20不斷電離,OH-濃度升高并向整個水膜擴(kuò)散,使Fe2+與OH-相互結(jié)合形成Fe(OH)2沉淀.Fe(OH)2還可繼續(xù)氧化成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+2H20+O2=4Fe(OH)3Fe(OH)3可脫水形成nFe203·mH20,nFe203·mH20是鐵銹的主要成分.由于這種腐蝕有H2析出,故稱為"析氫腐蝕".水溶液中通常溶有O2,它比H+離子更容易得到電子,在陰極上進(jìn)行反應(yīng).陰極反應(yīng):02+2H20+4e=40H-陽極反應(yīng):Fe-2e=Fe2+陰極產(chǎn)生的OH-及陽極產(chǎn)生的Fe2+向溶液中擴(kuò)散,生成Fe(OH)2,進(jìn)一步氧化生成Fe(OH)3,并轉(zhuǎn)化為鐵銹.這種腐蝕稱為吸氧腐蝕.在較強(qiáng)酸性介質(zhì)中,由于H+濃度大,鋼鐵以析氫腐蝕為主;在弱酸性或中性介質(zhì)中,發(fā)生的腐蝕是吸氧腐蝕.影響金屬電化學(xué)腐蝕的因素很多,首先是金屬的性質(zhì),金屬越活潑,其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢越低,就越易腐蝕.有些金屬,例如Al,Cr等,雖然電極電勢很低,但可生成一層氧化物薄膜,緊密地覆蓋在金屬表面上,阻止了腐蝕繼續(xù)進(jìn)行.如果氧化膜被破壞,則很快被腐蝕.其次,金屬所含的雜質(zhì)如果比金屬活潑,則形成的微電池,以金屬為陰極便不易被腐蝕.如果雜質(zhì)比金屬不活潑,則金屬成為微電池的陽極而被腐蝕.b.土壤腐蝕土壤是一類具有毛細(xì)管的多孔性物質(zhì),空隙中充滿了空氣和水,土壤中含有的鹽類溶解在水中,成為電解質(zhì)溶液,因此,埋設(shè)在土壤中的油,氣,水管道及金屬設(shè)備,具備了形成電化學(xué)腐蝕的條件而發(fā)生腐蝕損壞,以致管道穿孔,漏水,漏油,漏氣,電訊發(fā)生故障,造成嚴(yán)重危害.而且這些管線埋設(shè)在地下,檢修十分困難,給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失.土壤腐蝕是一種情況比較復(fù)雜的腐蝕過程.土壤中各部分含氧量不同,不同區(qū)域土壤的不均勻性,金屬零件或管材在土壤中埋沒的深度不同,土壤的溫度,酸度,含鹽量,透氣性,溫度等情況的差異,均影響腐蝕電池的工作特性,甚至土壤中的微生物對金屬腐蝕也有影響.因此,埋設(shè)在地下的設(shè)備及管道必須采取嚴(yán)格的防腐蝕措施,以盡量減少損失.c.海水腐蝕海水是含鹽濃度極高的天然電解質(zhì)溶液,金屬結(jié)構(gòu)部件在海水中的腐蝕情況,除一般電化學(xué)腐蝕外,還有其特殊性.(1)氯離子是具有極強(qiáng)腐蝕活性的離子,以致使碳鋼,鑄鐵,合金鋼等材料的表面鈍化失去作用,甚至對高鎳鉻不銹鋼的表面鈍化狀態(tài),也會造成嚴(yán)重腐蝕破壞.(2)海浪的沖擊作用,對構(gòu)件表面電解質(zhì)溶液起了攪拌和更新作用,同時海浪的沖涮使已銹蝕的銹層脫落,加速了腐蝕的進(jìn)度.(3)金屬結(jié)構(gòu)部件表面海生生物的生長(如船舷的水下部分)能嚴(yán)重破壞原物體的保護(hù)層(如油漆)使構(gòu)件受到腐蝕破壞,同時海生生物的代謝產(chǎn)物(含有硫化物)使金屬構(gòu)件的腐蝕環(huán)境進(jìn)一什么是水渣？水渣的成分是什么？是否有腐蝕性，都對什么有腐蝕性？水渣是把熱熔