金屬的腐蝕形態(tài)

金屬的腐蝕形態(tài)可分為兩大類(lèi)：均勻（全面）腐蝕和局部腐蝕，均勻（全面）腐蝕包括全面成膜腐蝕和無(wú)膜腐蝕。

（1）全面成膜腐蝕：腐蝕在金屬的全部或大部分面積上進(jìn)行，而且生成保護(hù)膜，具有保護(hù)性。例如：碳素鋼在稀硫酸中腐蝕很快，當(dāng)硫酸濃度大于50%時(shí)，腐蝕率達(dá)到zui大值，此后濃度再繼續(xù)增大腐蝕率反而下降。這是由于濃硫酸的強(qiáng)氧化性，在鋼鐵的表面生成一層組織致密的鈍化膜，這種鈍化膜不溶于濃硫酸，從而起到了阻礙腐蝕作用。

（2）無(wú)膜腐蝕：無(wú)膜全面腐蝕很危險(xiǎn)，因?yàn)樗３忠欢ㄋ俣热孢M(jìn)行腐蝕。

    （3）局部腐蝕：局部腐蝕的形態(tài)有十三種，如縫隙腐蝕、脫層腐蝕、晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕等等。據(jù)調(diào)查，化工裝置中局部腐蝕約占70%。在諸多局部腐蝕的形態(tài)中與閥門(mén)制造有關(guān)且常見(jiàn)的是晶間腐蝕。

    一般對(duì)均勻腐蝕的程度用腐蝕率表示，但如何評(píng)價(jià)則有不同規(guī)定。

    按《石油化工企業(yè)管道設(shè)計(jì)器材選用通則》規(guī)定，介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率，管道金屬材料的耐腐蝕能力可分為下列四類(lèi)：

年腐蝕率不超過(guò)0.05mm的材料為充分耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率在0.05~0.1mm的材料為耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率在0.1~0.5mm的材料為尚耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率超過(guò)0. 5mm的材料為不耐腐蝕性材料。

    《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》對(duì)均勻（全面）腐蝕的耐蝕性用均勻腐蝕率來(lái)評(píng)價(jià)，見(jiàn)表1-2。

                             耐蝕性能的評(píng)價(jià)                        表1-2

據(jù)《金屬防腐蝕手冊(cè)》（中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)）對(duì)金屬材料耐腐蝕性規(guī)定見(jiàn)表1-3。

                          金屬材料耐腐蝕性的10級(jí)標(biāo)準(zhǔn)                表1-3

（4）晶間腐蝕：局部地沿著結(jié)晶粒子邊界向深度方向腐蝕的形式稱(chēng)晶間腐蝕。這種腐蝕，外面看不出腐蝕跡象。嚴(yán)重的晶間腐蝕可以穿過(guò)整個(gè)機(jī)體厚度。

    產(chǎn)生晶間腐蝕的原因是由于沿晶粒邊界析出碳化鉻Cr23C6或FeCr化合物——稱(chēng)σ相，使晶界周?chē)毟?，在適合的腐蝕介質(zhì)（產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)）中，就形成碳化鉻（陰極）——貧鉻區(qū)（陽(yáng)級(jí)）電池，使晶界貧鉻區(qū)產(chǎn)生腐蝕。

    由上述可看出晶間腐蝕是有條件的。其內(nèi)因是必須有碳化鉻或σ相沿晶界析出使晶界貧鉻。其外因是必須有腐蝕貧鉻區(qū)的介質(zhì)。水和一些中性溶液并不腐蝕貧鉻區(qū)，所以即使存在貧鉻區(qū)也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。如果晶界不貧鉻，即使有產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。所以產(chǎn)生晶間腐蝕的內(nèi)因、外因缺一不可。

    產(chǎn)生貧鉻的原因：一是鋼水化學(xué)成分不合格，如碳高、鉻低或含鈦、鈮的不銹鋼中碳鈦比或碳鈮比不夠。二是熱處理工藝不正確或焊接或加工時(shí)加熱至碳化物析出溫度，而在900℃至400℃冷卻速度不夠快而析出碳化物造成貧鉻。

2.1.2控制晶間腐蝕的方法

    控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕有三種方法：

    （1）執(zhí)行正確的熱處理工藝，將鋼加熱至1100℃水淬（急冷）使碳化物向固溶體中溶解。但是，不同牌號(hào)的奧氏體不銹鋼其淬火加熱溫度不完全都是1100℃，執(zhí)行中要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

（2）加入固定碳的元素鈦或鈮；

    （3）采用含碳量≤0.03%的超低碳不銹鋼。

2.1.3晶間腐蝕檢驗(yàn)

晶間腐蝕檢驗(yàn)的前題是試樣的化學(xué)成分合格并經(jīng)固溶處理。晶間腐蝕檢驗(yàn)用的試片是80×18×3（長(zhǎng)×寬×厚），上下兩平面磨至Ra0.8的薄片，并分為敏化狀態(tài)試片和交貨產(chǎn)品狀態(tài)試片兩種。

敏化試片：將試片在650℃下加熱，保溫2小時(shí)（壓力加工件）或1小時(shí)（鑄件）空冷。之所以在650℃加熱是因?yàn)閵W氏體不銹鋼在500~700℃碳化鉻zui易沿晶界析出造成晶界貧鉻從而在產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)中發(fā)生晶間腐蝕。

交貨產(chǎn)品試片：即試片經(jīng)固溶處理，實(shí)際上是和鑄件一同處理的試樣上取下來(lái)的試片。

判別：試片在酸中浸泡后彎曲90°（鑄件）或180°（鍛件）若有裂紋則不合格。不合格時(shí)鑄件要重新處理，然后再作試驗(yàn)，但固溶處理的次數(shù)不得超過(guò)兩次。

奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是很?chē)?yán)重的，因此一定要按合同要求或按執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)生產(chǎn)不銹鋼閥門(mén)。

常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-4。

奧氏體不銹鋼作高溫鋼用

高溫是指溫度超過(guò)350℃以上，高溫用鋼是指在高溫下具有較高強(qiáng)度的鋼材。在石油化工裝置里，高溫并伴有腐蝕的場(chǎng)合就必須使用既耐高溫又耐腐蝕的材料。不銹鋼18Cr—8Ni、25Cr—20Ni的高溫強(qiáng)度高，特別是18—8Ti、18—8Nb等合金元素影響使耐高溫性能更為*。一般在沒(méi)有耐腐蝕性問(wèn)題的場(chǎng)合，在規(guī)定范圍內(nèi)，含碳量高的不銹鋼，其高溫強(qiáng)度也高。若在18—8鋼內(nèi)添加Mo、Nb、Ti等元素可強(qiáng)化基體，Nb、Ti則形成碳化物，從而可改善高溫強(qiáng)度。具體何種牌號(hào)的不銹鋼其zui高使用的溫度值，要查材料的溫壓表。

2.2馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼是一種鉻不銹鋼，其金相組織為馬氏體，可通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，具有良好的力學(xué)性能和高溫抗氧化性。該鋼種在大氣、水和弱腐蝕介質(zhì)如加鹽水溶液、稀硝酸及某些濃度不高的有機(jī)酸，在溫度不高的情況下均有良好的耐腐蝕性。但該鋼種不耐強(qiáng)酸如硫酸、鹽酸、濃硝酸等的腐蝕，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蝕性介質(zhì)。由于鉻不銹鋼可通過(guò)熱處理強(qiáng)化，因此為了避免強(qiáng)度過(guò)高產(chǎn)生脆性，應(yīng)采用正確的熱處理工藝。如ASTM A 217 CA15規(guī)定其zui低回火溫度為595℃。

常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-5。

2.3奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼

雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕破壞性好，適用于含氯離子環(huán)境的腐蝕，并具有較高的強(qiáng)度，常用于化肥、煉油、海上采油、海水淡化等工況條件。

目前制造閥門(mén)主體（承壓件）的雙相不銹鋼材料大多采用美國(guó)材料，常用的奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-6。

3、鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼

鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼主要用在高溫、高壓的場(chǎng)合，要求鋼在高溫下具有較好的抗蠕變強(qiáng)度和抗高溫氧化性，適用溫度-29~650℃，主要用于火力發(fā)電的高溫、高壓蒸汽，煉油企業(yè)的石油裂解、催化裂化、加氫等含有硫化物、氫腐蝕的石油介質(zhì)。例如催化系統(tǒng)采用5Cr—0.5Mo鋼，加氫系統(tǒng)溫度較低的采用1.25Cr—0.5Mo鋼，溫度較高的加氫裂化、加氫脫硫煤液化等裝置中采用2.25Cr—1Mo鋼。

在Cr—Mo鋼中需要說(shuō)明的是ZG1Cr5Mo，過(guò)去稱(chēng)鑄鋼鉻5鉬（ZGCr5Mo）用該鋼制作的閥門(mén)習(xí)慣上都稱(chēng)鉻5鉬閥，可是鑄鋼鉻5鉬這個(gè)牌號(hào)在1999年以前即無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也無(wú)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)期以來(lái)各制造廠均參照前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制訂自己的工廠標(biāo)準(zhǔn)其牌號(hào)為ZGCr5Mo，其含碳量為0.15~0.25%，因此實(shí)際牌號(hào)應(yīng)定為ZG2Cr5Mo。中石化在制訂SH 3064-94《石油化工鋼制通用閥門(mén)選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照JIS G 5151中的SCPH61、BS 3100中的B5、ASTM A 217中的C5及我國(guó)GB/T 1221中的1Cr5Mo的化學(xué)成分將這種材料定為ZG1Cr5Mo，但同樣只有牌號(hào)并無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定它的化學(xué)成分、力學(xué)性能、熱處理規(guī)范等。70年代末引進(jìn)裝置中這類(lèi)閥門(mén)的材料為ASTM A 217 C5，從化學(xué)成分上看相當(dāng)鑄鋼1鉻5鉬，故建議用ASTM A 217 C5來(lái)制造這類(lèi)閥門(mén)，一直到1999年在制訂JB/T 9625《鍋爐管道附件承壓鑄鋼件 技術(shù)條件》時(shí)才將ZG1Cr5Mo納入該標(biāo)準(zhǔn)中。

ZG1Cr5Mo稱(chēng)5Cr—0.5Mo鋼，這種鋼具有良好的抗石油裂化過(guò)程介質(zhì)腐蝕的性能，對(duì)含有硫化物的熱石油介質(zhì)耐蝕性良好，具有抗氫腐蝕的能力，并有良好的熱強(qiáng)性。