按腐蝕發(fā)生的機理來分,可分為化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕。按腐蝕形態(tài)分,可分為全面腐蝕(圖16.92)、局部腐蝕。
全面腐蝕:發(fā)生在整個金屬表面上的腐蝕稱為全面腐蝕,它可能是均勻的,也可能是不均勻的。均勻腐蝕的危害性相對比較小,因為在知道了腐蝕速度后,就能夠估算出材料的使用壽命。
局部腐蝕:主要集中于金屬表面某一區(qū)域的腐蝕稱為局部腐蝕。在局部腐蝕中,金屬的某一區(qū)域腐蝕嚴重,而其他部分則幾乎未被腐蝕,局部腐蝕主要有以下類型。
①. 電偶腐蝕
電偶腐蝕又稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕,凡具有不同電極電位的金屬互相接觸,并在一定的介質(zhì)中所發(fā)生的電化學腐蝕即屬電偶腐蝕。例如熱交換器的不銹鋼管和碳鋼板連接處,碳鋼在水中作為陽極而被加速腐蝕。但當在兩種金屬的接觸面上同時存在縫隙時,而縫隙中又存留有電解液,這時構件可能受到電偶腐蝕與縫隙腐蝕的聯(lián)合作用,即電偶腐蝕產(chǎn)生的條件:同時存在兩種不同電位的金屬或非金屬導體,有電解質(zhì)溶液存在,兩種金屬通過導線連接或直接接觸,如圖16.93所示。
②. 小孔腐蝕
小孔腐蝕又稱為點蝕,這種破壞主要集中在金屬表面的某些活性點上,并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展,如圖16.94所示。通常其腐蝕深度大于其孔徑,嚴重時可使設備穿孔。點蝕通常發(fā)生在易鈍化金屬或合金中,往往在有侵蝕性陰離子與氧化劑共存的條件下發(fā)生。如不銹鋼和鋁合金在含有氯離子的溶液中常呈現(xiàn)這種破壞形式。
③. 晶間腐蝕(圖16.95)
金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕,使晶粒之間喪失結合力的一種局部腐蝕破壞的腐蝕現(xiàn)象稱為晶界腐蝕,這種腐蝕首先在晶粒邊界上發(fā)生,并沿著晶界向縱深處發(fā)展。這時,雖然從金屬外觀看不出有明顯的變化,但其力學性能卻已大為降低,嚴重時材料強度完全喪失,輕輕一擊就碎。不銹鋼焊件在其熱影響區(qū)(敏化溫度的范圍內(nèi))容易引起對晶界腐蝕的敏化。除經(jīng)過穩(wěn)定化處理或含碳量低者外,奧氏體不銹鋼暴露在450~850℃溫度區(qū)間內(nèi)足夠時間后,對發(fā)生晶間腐蝕比較敏感。晶界腐蝕常常會轉化為沿晶應力腐蝕開裂,而成為應力腐蝕裂紋的起源。通常晶間腐蝕出現(xiàn)于奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和鋁合金的構件。
④. 選擇性腐蝕(圖16.96)
廣義上講,所有局部腐蝕都是選擇性腐蝕,即腐蝕是在合金中的某一組分由于腐蝕優(yōu)先地溶解到電解質(zhì)溶液中去,從而造成另一組分富集于金屬表面上。黃銅的脫鋅現(xiàn)象即屬這類腐蝕。
⑤. 應力腐蝕(圖16.97)
受一定拉伸應力作用的金屬材料在某些特定介質(zhì)中,由于腐蝕介質(zhì)和應力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。應力腐蝕破裂(SCC)在局部腐蝕中居于首位。根據(jù)腐蝕介質(zhì)性質(zhì)和應力狀態(tài)的不同,裂紋特征會有不同,在金相顯微鏡下,顯微裂紋呈穿晶、晶界或兩者混合形式。裂紋既有主干,也有分支,形似樹枝狀。裂紋橫斷面多為線狀。裂紋走向與所受拉應力的方向垂直。
應力腐蝕開裂通常具有如下特點:通常在某種特定的腐蝕介質(zhì)中,材料在不受應力時腐蝕甚微。受到一定的拉應力時(可遠低于材料的屈服強度),經(jīng)過一段時間后,即使是延展性很好的金屬也會發(fā)生脆性斷裂,斷裂事先沒有明顯的征兆,往往造成災難性的后果。
一般認為發(fā)生應力腐蝕開裂需要同時具備如下三個條件:敏感材料,拉伸應力,特定的腐蝕介質(zhì)。如奧氏體不銹鋼管外壁保溫材料含Cl-量高或保溫層破損,滲入雨水中的氯離子濃縮有可能發(fā)生應力腐蝕。
易產(chǎn)生應力腐蝕開裂的金屬材料和環(huán)境組合見表16.162。
影響應力腐蝕開裂的因素見圖 16.98
⑥. 縫隙腐蝕(圖16.99)
由于金屬表面上存在異物或結構上的原因會形成0.025~0.1mm的縫隙,這種在腐蝕環(huán)境中因金屬部件與其他部件(金屬或非金屬)之間存在間隙,引起縫隙內(nèi)金屬加速腐蝕的現(xiàn)象稱為縫隙腐蝕。產(chǎn)生縫隙腐蝕的條件:不同結構件的連接,如金屬與金屬之間的鉚接、螺紋連接以及各種法蘭盤之間的襯墊等金屬和非金屬之間的接觸等都可以引發(fā)縫隙腐蝕;金屬表面的沉積物、附著物、涂膜等,如灰塵、沙粒、沉積的腐蝕產(chǎn)物,也會引起縫隙腐蝕。
⑦. 腐蝕疲勞
金屬材料在循環(huán)應力或脈動應力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下,所引起的腐蝕形態(tài)稱為腐蝕疲勞。腐蝕疲勞的特征:絕大多數(shù)金屬或合金在交變應力下都可以發(fā)生,而且不要求特定的介質(zhì),只是在容易引起孔蝕的介質(zhì)中更容易發(fā)生。腐蝕疲勞的機理:腐蝕疲勞是在交變應力作用下發(fā)生,位錯往復地穿過晶界運動而不會在晶界上堆積。腐蝕疲勞的控制:對于鋼,尤其是鈦合金來說,用滲氮的方法進行表面硬化處理,也是抗腐蝕疲勞的一種有效措施。亦有采用非金屬表面覆蓋層的辦法,如涂層,但要求對金屬基體有良好的結合力和耐磨能力。
⑧. 磨損腐蝕
由于介質(zhì)的運動速度大或介質(zhì)與金屬構件相對運動速度大,導致構件局部表面遭受嚴重的腐蝕損壞,這類腐蝕稱為磨損腐蝕,簡稱磨蝕。造成腐蝕損壞的流動介質(zhì)可以是氣體、液體或含有固體顆粒、氣泡的液體等。磨蝕是高速流體對金屬表面已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物的機械沖刷作用和對新裸露金屬表面的侵蝕作用的綜合結果。由高速流體引起的磨蝕,其表現(xiàn)的特殊形式主要有湍流腐蝕和空泡腐蝕兩種。
a. 湍流腐蝕(圖16.100)
在某些特定部位,介質(zhì)流速急劇增大形成湍流,由湍流導致的磨蝕,即為湍流腐蝕。遭到湍流腐蝕的金屬表面,常常呈現(xiàn)深谷或馬蹄形的凹槽,一般按流體的流動方向切入金屬表面層,蝕谷光滑沒有腐蝕產(chǎn)物積存。構成湍流腐蝕除流體速度較大外,構件形狀的不規(guī)則性也是引起湍流的一個重要條件。在輸送流體的管道內(nèi),流體按水平或垂直方向運動時,管壁的腐蝕是均勻減薄的。但對于流體突然改向處,如彎管、U形換熱管等的拐彎部位,其管壁就要比其他部位的管壁迅速減薄甚至穿洞。
b. 空泡腐蝕(圖16.101)
流體與金屬構件做高速相對運動,在金屬表面局部地區(qū)產(chǎn)生渦流,伴隨有氣泡在金屬表面迅速生成和破滅,呈現(xiàn)與孔蝕類似的破壞特征。這種條件下發(fā)生的磨蝕稱為空泡腐蝕,又稱空穴腐蝕或汽蝕。影響磨蝕的因素有金屬(合金)、表面膜、流速。磨蝕的控制:合理選材、改善設計、降低流速、除去介質(zhì)的有害成分、覆蓋防護層和電化學保護等。但以合理選材和改善設計這兩種方法最為有效。
⑨. 氫損傷
是指金屬材料中由于氫的存在或氫與金屬相互作用,造成材料力學性能下降的總稱。在含硫化氫的油、氣輸送管線及煉油廠設備常發(fā)生這種腐蝕。氫損傷分為四種不同的類型:氫鼓泡[圖16.102(a)]、氫脆、脫碳、氫蝕。氫鼓泡是指在某些介質(zhì)中,由于腐蝕或其他原因而產(chǎn)生的氫原子滲入金屬,導致金屬局部變形,甚至完全破壞。氫脆是由于氫進入金屬內(nèi)部,導致韌性和抗拉強度下降變脆,并在應力的作用下發(fā)生脆裂。脫碳即從鋼中脫出碳,常常是由于高溫氫蝕所引起的,導致鋼的抗拉強度下降。氫蝕是由于高溫下合金中組分與氫反應引起的。