埋地鋼質管道

腐蝕與防護1.金屬材料的腐蝕與防護1、腐蝕概念

腐蝕是材料與它所處環境介質之間發生作用而引起材料的變質和破壞。材料環境介質發生作用所以說：腐蝕問題無處不在。1.1概述材料腐蝕分類金屬材料腐蝕非金屬材料腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕高溫腐蝕常溫腐蝕材料類型腐蝕機理腐蝕環境分類依據大氣腐蝕土壤腐蝕自然環境依據腐蝕的環境狀態（自然環境和工業環境）淡水腐蝕海水腐蝕微生物腐蝕酸性溶液堿性溶液工業環境鹽類溶液工業水中液態金屬材料腐蝕分類電偶腐蝕點蝕局部腐蝕依據腐蝕形態縫隙腐蝕晶間腐蝕選擇性腐蝕氫致開裂應力腐蝕共同作用腐蝕疲勞腐蝕磨損均勻腐蝕不均勻腐蝕全面腐蝕材料腐蝕分類管道（設備）材料腐蝕圖片管道（設備）材料腐蝕圖片金屬的電化學腐蝕（一）金屬腐蝕1.概念：金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。2.金屬腐蝕的本質金屬原子失去電子變成陽離子而損耗3.金屬腐蝕的分類：化學腐蝕和電化學腐蝕絕大多數金屬的腐蝕屬于電化學腐蝕電化學腐蝕通常有析氫腐蝕和吸氧腐蝕一、原電池構成原電池的基本條件是什么？（1）必須自發進行氧化還原反應

（3）兩個電極必須插入電解質溶液中或熔融的電解質中；（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。（2）必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極；把化學能轉化為電能的裝置。原電池正負極的比較比較項目正極負極電子流動方向電子流入電子流出金屬活潑性相對不活潑相對活潑電極反應Nm++me-=N(還原反應)M-ne-=Mn+(氧化反應)

電極質量變化增大或不變減小或不變離子移動方向陽離子移向該極陰離子移向該極比較項目化學腐蝕電化學腐蝕發生條件共同點是否構成原電池有無電流實質化學腐蝕與電化學腐蝕的比較電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多金屬跟接觸到的物質直接發生化學反應不純金屬跟接觸的電解質溶液發生原電池反應無電流無原電池構成無數微小原電池有弱電流金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕金屬原子失去電子變成陽離子而損耗鋼鐵的電化學腐蝕比較項目析氫腐蝕吸氧腐蝕發生條件電極反應負極正極總反應鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強時Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+

=Fe2++H2↑鋼鐵表面吸附的水膜酸性較弱或呈中性時Fe-2e-=Fe2+O2＋2H2O＋4e-=4OH-Fe2++2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍得多鋼鐵表面形成的微小原電池示意圖鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖知識總結1、2、金屬陽離子失e-氧化反應金屬腐蝕的類型化學腐蝕電化腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕（常見普遍）㈠.金屬腐蝕金屬原子金屬腐蝕的本質：3、金屬腐蝕：是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發生化學反應（氧化—還原）而腐蝕損耗的過程。4.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較Fe2O3·nH2O（鐵銹）通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。CO2+H2OH2CO3

H++HCO3-電極反應負極Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正極C(+)2H++2e=H2↑O2+2H2O+4e=4OH-總反應:Fe+2H+=Fe2+↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯系㈡鋼鐵腐蝕的防護：例6：改變金屬的內部組織結構：如將Cr、Ni等金屬加進鋼里制成合金鋼。⒈A.C.銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化；B.D.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；2000年5月，保利集團在香港拍賣會上花費3000多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現銅綠，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]這三件1760年銅鑄的國寶在240年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是環境污染日趨嚴重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；（D）它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；2.金屬表面覆蓋保護層3.電化學保護法原理：原理：如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保護層。隔絕金屬與外界空氣、電解質溶液的接觸。——犧牲陽極的陰極保護法形成原電池反應時，讓被保護金屬做正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬反應受到腐蝕。犧牲陽極的陰極保護法示意圖

牢記形成原電池的四個條件：

①必須自發進行氧化還原反應②兩個活動性不同的金屬或金屬和非金屬（如石墨）做電極。③電解質溶液。④形成閉合回路金屬的防護方法：1.改變金屬的內部組織結構（如制不銹鋼）2.在金屬表面覆蓋保護層：（1）在表面刷一層油漆；（2）在表面涂上機油；（3）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；（4）在表面燒制搪瓷；（5）使金屬表面形成致密的氧化膜。3.電化學保護法：

（1）犧牲陽極的陰極保護法(原電池原理接一個更活潑的金屬)

（2）外加電流的陰極保護法（電解池原理）

判斷金屬腐蝕快慢的規律

不純的金屬或合金，在潮濕空氣中形成微電池發生電化腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗，金屬腐蝕的快慢與下列二種因素有關：1）與構成微電池的材料有關，兩極材料的活動性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應的速度越快，活潑金屬被腐蝕的速度就越快；2）與金屬所接觸的電解質強弱有關，活潑金屬在電解質溶液中的腐蝕快于在非電解質溶液中的腐蝕，在強電解質溶液中的腐蝕快于在弱電解質溶液中的腐蝕。一般說來可用下列原則判斷：（電解原理引起的腐蝕）＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐措施的腐蝕1.2腐蝕與防護基本原理3、金屬腐蝕破壞的形態1.2腐蝕與防護基本原理（1）全面腐蝕特征：腐蝕分布在整個金屬表面，結果使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞。控制：合理選材、留有裕量；施加保護性覆蓋層；緩蝕劑；電化學保護。1.2腐蝕與防護基本原理（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部地區，而其它大部分表面幾乎不腐蝕，稱為局部腐蝕。1.2腐蝕與防護基本原理①電偶腐蝕電偶腐蝕形態：兩種金屬在同一介質中接觸，腐蝕電位不相等，便有電偶電流流動，電位較低金屬局部腐蝕,電位較高的金屬，溶解速度減小。亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。防止辦法：

正確選取材料，選取電偶序中相距較近的合金；

消除面積效應，減小陰極面積；

添加環緩蝕劑。1.2腐蝕與防護基本原理②小孔腐蝕小孔腐蝕形態：金屬表面局部出現向深處發展的腐蝕小孔，其余地區不被腐蝕或者只有輕微腐蝕，也稱孔蝕或點蝕。控制辦法：合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金質量有密切的關系。介質的組成和狀況：盡量降低介質中鹵素。緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等。陰極保護：金屬電極電位控制在孔蝕保護電位以下。1.2腐蝕與防護基本原理③縫隙腐蝕

縫隙腐蝕形態：腐蝕發生在縫隙內。發生和發展機理與孔蝕很相似，存在縫隙是表面缺陷，縫隙內是缺氧區，成為陽極而迅速被腐蝕。防止辦法：消除縫隙。盡可能避免形成縫隙和積液的死角。對不可避免的縫隙，要采取相應的保護措施。盡量控制介質中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低于5×10－6mol/L，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池。1.2腐蝕與防護基本原理④晶間腐蝕

金屬材料在特定的腐蝕介質中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發生腐蝕，使晶粒之間喪失結合力的一種局部破壞的腐蝕現象。腐蝕形態：腐蝕從表面沿著晶界深入內部，外表看不出腐蝕跡象，可用金相顯微鏡看出呈網狀腐蝕，失去強度。貧化理論：晶界與晶內的電極電位的形成，形成一晶界區為陽極，晶粒本體為陰極的腐蝕微電池。控制辦法：材料本身的成分和組織。奧氏體不銹鋼敏化型晶間腐蝕為例：降低鋼的含碳量；穩定化處理；重新固溶處理。晶間腐蝕1.2腐蝕與防護基本原理⑤選擇性腐蝕含有不同成分的金屬材料，在一定的條件下，其中一部分元素被腐蝕浸出，只剩下其余組分構成的海綿狀物質，強度和延性喪失，稱為選擇性腐蝕，例如黃銅在腐蝕介質中被鋅浸出，灰口鑄鐵脫鐵。腐蝕形態：多元合金在電解質溶液中由于組元之間化學性質的不均勻，構成腐蝕電池。1.2腐蝕與防護基本原理（3）應力作用下的腐蝕①應力腐蝕開裂:腐蝕和拉應力同時作用下使金屬產生破裂，稱為應力腐蝕。大致過程為：金屬表面生成的保護膜在拉應力作用下產生局部腐蝕，產生孔蝕或縫隙腐蝕，孔蝕或縫隙腐蝕一方面向縱深發展，一方面由于拉應力作用使縫隙兩端的膜反復破裂，腐蝕沿著與拉應力垂直的方向前進，造成裂縫嚴重時發生斷裂。發生的三個必要條件：敏感的合金、特定的介質和一定的靜應力。1.2腐蝕與防護基本原理應力腐蝕的機理：陽極溶解機理：應力腐蝕裂紋的形成與擴展是陽極通道的形成與其延伸的過程。氫脆機理：陰極析氫反應在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內部引起氫脆，是導致應力腐蝕的主要原因。1.2腐蝕與防護基本原理防止辦法：正確選材:避免構成應力腐蝕體系，減輕應力腐蝕的敏感性。合理設計、改進制造工藝：盡量減小應力集中效應。改善環境介質：消除或減少介質中促進應力腐蝕的有害物質，加入適當的緩蝕劑。電化學保護：外加電流極化，使金屬的電位遠離應力腐蝕敏感區1.2腐蝕與防護基本原理②腐蝕疲勞腐蝕介質和交變應力協同作用所引起的材料破壞的現象。腐蝕特點：沒有真實的疲勞極限；在任何腐蝕介質中都可能發生；性能與載荷頻率、應力以及載荷波形有密切關系；裂紋往往是多源的。防止辦法：正確選材；合理設計、改進制造工藝和結構設計應避免應力集中；改善介質條件；電化學保護。1.2腐蝕與防護基本原理③磨損腐蝕

流體介質與金屬之間或金屬零件間的相對運動引起金屬局部區域加速腐蝕破壞的現象，簡稱磨蝕。磨蝕又可分為：湍流腐蝕空泡腐蝕摩振腐蝕1.2腐蝕與防護基本原理（4）微生物腐蝕

由于介質中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過程加速的現象，稱之為微生物腐蝕，也簡稱為細菌腐蝕。并非微生物本身對金屬的腐蝕，而是它們生命活動的結果直接或間接地對金屬腐蝕過程產生影響。①影響主要體現在以下幾個方面：代謝產物具有腐蝕作用。如硫酸、有機酸和硫化物。改變環境介質條件。如：pH值、溶解氧等。影響電極極化過程。破壞非金屬保護覆蓋層或緩蝕劑的穩定性。1.2腐蝕與防護基本原理②常見的細菌腐蝕：厭氧性細菌腐蝕：硫酸鹽還原菌（SRB），使硫酸鹽還原成硫化物，生成硫化氫，進而與鐵反應形成硫化鐵，加速了鋼鐵的腐蝕。好氧性細菌的腐蝕：如硫氧化菌、鐵細菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，它將硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蝕性極強的環境，導致材料的快速腐蝕。厭氧與好氧聯合作用下的腐蝕：兩類細菌的腐蝕與繁衍相輔相成，更加速了金屬的腐蝕。細菌聯合作用腐蝕的情況很普遍。1.2腐蝕與防護基本原理③細菌腐蝕的控制：使用殺菌劑或抑菌劑：根據細菌種類及介質選擇高效、低毒和無腐蝕性的藥劑。改變環境條件：提高介質的pH值及溫度（pH>9.0，溫度T>50℃）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機物營養源等。覆蓋防護層：采用涂覆非金屬覆蓋層或金屬鍍層使構件表面光滑、在有機涂層中加入適量殺菌劑等方法。陰極保護：陰極保護使構件表面附近形成堿性環境，抑制細菌活動。12.1化學腐蝕與電化學腐蝕(corrosion)?類型：(1)化學腐蝕：非電解質溶液和干燥氣體的化學作用引起的腐蝕。(2)電化學腐蝕：電解質溶液產生的電化學作用而引起的腐蝕(最常見)。(3)應力腐蝕開裂：應力和腐蝕介質聯合作用下產生的破壞(危害很大)。(4)腐蝕疲勞：腐蝕環境+交變應力，使疲勞強度明顯低于正常值的現象。(5)氫致開裂(氫脆)：金屬由于在腐蝕、酸洗、電鍍等過程中吸收了原子氫而使性質變脆甚至引發延遲裂紋現象。高強鋼、鈦合金尤為敏感。表12-112.2常見耐蝕材料與應用12.2.1材料的耐蝕性(1)標準(2)各類材料耐蝕性1)金屬材料：?鈦合金＞不銹鋼＞低合金鋼＞鑄鐵≥碳鋼。?鋁合金在大氣和水中耐蝕。?青銅＞黃銅＞銅（大氣和海水中）；青銅尚耐有機酸稀溶液腐蝕。表12-22)高分子材料?不發生電化學腐蝕；?在介質中發生裂解、溶脹、溶解、銀紋和開裂（或稱老化）；

?在各種酸堿鹽中較好耐蝕性，可替代金屬作腐蝕嚴重的化工容器、管道等塑料以及防蝕襯里、彈性材料或密封材料（橡膠）。3)無機非金屬材料

?具有很好的耐酸、堿、鹽腐蝕及耐老化、耐日曬能力，且耐溶劑及耐油。12.2.2合理選擇耐蝕材料耐蝕材料選材因素6方面：（參見教材12.2.2）常見介質中最耐蝕的合金：表12-312.3改善金屬材料抗蝕能力的防護措施12.3.1改善介質腐蝕條件?去除介質中有害成分（O2、Cl等），如鍋爐用水除氧（加熱或亞硫酸鈉化學除氧）。?添加緩蝕劑，使電化學反應緩慢，如切削液中加亞硝酸鹽、汽車水箱中加重鉻酸鉀等。12.3.2電化學保護?陰極保護法和陽極保護法，用于海底電纜、地下輸水管及大型金屬結構設施。?陰極保護示意圖。圖12-112.3.3表面防護涂層：經濟、方便、實用(1)金屬覆蓋層?在基體金屬表面覆蓋一層電位更正的惰性金屬層(Au、Ag、Cu、Ni、Sn等)，起隔離保護作用(陰極覆蓋層)。?在基體金屬表面覆蓋一層電位更負的金屬(為陽極，基體為陰極)，通過犧牲陽極覆蓋層而保護基體金屬。

?鈍性氧化膜覆蓋層(Cr、Al、Ti等)。(2)非金屬覆蓋層涂料、塑料；搪瓷、玻璃(耐高溫、耐腐蝕，但脆)；非金屬轉化膜(鋼鐵發蘭、磷化，鋁的陽極化)等。

作業：4，5，6。

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返回1.3管道（設備）腐蝕防護技術（1）防蝕結構設計原則：①構件形狀盡量簡單、合理

簡單的結構件易于采取防腐措施、排除故障，便于維修、保養和檢查。1.3管道（設備）腐蝕防護技術②避免殘留液和沉積物造成腐蝕

應力求將容器、管道（設備）內部的液體排凈，避免滯留的液體、沉積物遺留在出口管及底部造成濃差腐蝕或沉積物腐蝕。1.3管道（設備）腐蝕防護技術③防止電偶腐蝕

材料相同；電偶序相近；大陽極小陰極的有利結合，避免大陰極小陽極的危險連接。1.3管道（設備）腐蝕防護技術④防止縫隙腐蝕

連接除焊接外還有鉚接、銷釘連接、螺栓連接、法蘭連接等。1.3管道（設備）腐蝕防護技術為了防止縫隙腐蝕，可采用如下措施：以焊接代替鉚接。改善鉚接狀況。在鉚縫中可填入一層不吸潮的墊片。容器底部的處置。不要直接與多孔基礎（如土壤）接觸，要用支座等與之隔離開。法蘭連接處墊片不宜過長，盡量采用不吸濕的材料作墊片。避免加料時溶液飛濺到器壁，引起沉積物下的縫隙腐蝕。因此加料口應盡量接近容器內的液面。1.3管道（設備）腐蝕防護技術⑤防止液體的湍流腐蝕

設計時應注意避免過度的湍流、渦流。避免外形和形狀的突變，會引起超流速與湍流的發生。管線的彎曲半徑應盡可能大，避免直角彎曲。在高流速接頭部位，不要采用T型分叉結構，應采用曲線逐漸過渡結構。

1.3管道（設備）腐蝕防護技術⑥避免應力過分集中尖角以圓角過渡；施焊時把焊口加工成相同的厚度。減少聚集的、交叉的和閉合的焊縫；施焊時保證被焊接金屬結構能自由伸縮。內孔焊接法比漲管法好，既減少縫隙，又減小應力腐蝕破裂。1.3管道（設備）腐蝕防護技術（2）防蝕強度設計

主要考慮材料的腐蝕裕量、局部腐蝕強度和材料腐蝕強度變化。①腐蝕裕量選擇：根據材料腐蝕速度取恰當裕量。②局部腐蝕的強度設計：對于晶間腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等，正確選材或控制環境介質，注意結構設計等。對于應力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞，有可能做出合適可靠的設計。1.3管道（設備）腐蝕防護技術③材料耐蝕強度特性的變化

在加工及施工處理時，可能會引起材料耐蝕強度特性的變化，應加以注意。如某些不銹鋼在焊接時，由于敏化溫