局部腐蝕又稱非均勻腐蝕,其危害性遠比均勻腐蝕大,因為均勻腐蝕容易被發覺,容易設防,而局部腐蝕則難以預測和預防,往往在沒有先兆的情況下,使金屬構件突然發生破壞,從而造成重大火災或人身傷亡事故。局部腐蝕很普遍,據統計,均勻腐蝕占整個腐蝕中的17.8%,而局部腐蝕則占80%左右。
1. 點蝕(shi)(Pitting)
①. 集中在全局表面個別小點上的深度較大的腐蝕稱為點蝕,也稱孔蝕。蝕孔直徑等于或小于深度。蝕孔形態如圖3-2所示。
②. 點蝕是管道最具有破壞性的隱藏的腐蝕形態之一。奧氏體不(bu)銹鋼管道在輸送含氯離子或溴離子的介質時最容易產生點蝕。不銹鋼(gang)管道外壁如果常被海水或天然水潤濕,也會產生點蝕,這是因為海水或天然水中含有一定的氯離子。
③. 不銹鋼的點蝕過程可分為蝕孔的形成和蝕孔的發(fa)展兩個階段。
鈍化膜的不(bu)完整(zheng)部位(露頭位錯、表面(mian)缺陷等)作為(wei)點(dian)蝕(shi)源(yuan),在某一(yi)段時(shi)間(jian)內呈(cheng)活性狀(zhuang)態(tai),電位變負(fu),與(yu)其鄰近表面(mian)之間(jian)形(xing)成微(wei)電池,并且具有(you)大(da)陰極(ji)小(xiao)陽(yang)極(ji)面(mian)積(ji)比,使點(dian)蝕(shi)源(yuan)部位金屬迅速溶解,蝕(shi)孔開始形(xing)成。
已形(xing)成的蝕(shi)孔(kong)(kong)隨(sui)著腐(fu)蝕(shi)的繼續進行。小孔(kong)(kong)內(nei)積累了過量的正(zheng)電荷,引(yin)起外部氯(lv)(lv)離子的遷(qian)入(ru)以(yi)保持電中(zhong)性,繼之孔(kong)(kong)內(nei)氯(lv)(lv)化物(wu)濃度(du)增高。由(you)于氯(lv)(lv)化物(wu)水解使孔(kong)(kong)內(nei)溶液酸化,又(you)進一步(bu)加速孔(kong)(kong)內(nei)陽(yang)極的溶解。這種自(zi)催化作用的結果,使蝕(shi)孔(kong)(kong)不斷地向(xiang)深處發展,如圖3-3所示。
④. 溶液滯留容易產生點蝕;增加流速會降低點蝕傾向,敏化處理及冷加工會增加不銹鋼點蝕的傾向;固溶處理能提高不銹鋼耐點蝕的能力。鈦的耐點蝕能力高于奧氏體不銹鋼。
⑤. 碳鋼(gang)管道也發生點蝕(shi),通(tong)常(chang)(chang)是在(zai)蒸(zheng)汽系(xi)統(tong)(特(te)別是低壓蒸(zheng)汽)和熱水系(xi)統(tong),遭受溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)的(de)腐蝕(shi),溫度在(zai)80~250℃間最為嚴重。雖然蒸(zheng)汽系(xi)統(tong)是除氧(yang)的(de),但由于(yu)操作控制不(bu)(bu)嚴格,很(hen)難保證溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)量不(bu)(bu)超(chao)標,因此(ci)溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)造成碳鋼(gang)管道產生點蝕(shi)的(de)情況經常(chang)(chang)會發生。
2. 縫隙腐蝕(shi)(Corrosion)
當管道輸送的物料為電解質溶液時,在管道內表Crevice Corrosion面的縫隙處,如法蘭墊片處、單面焊未焊透處等,均會產生縫隙腐蝕。一些鈍性金屬如不銹鋼、鋁、鈦等,容易產生縫隙腐蝕。
縫隙腐蝕(shi)的(de)(de)機(ji)(ji)理(li),一般認(ren)為是濃差(cha)腐蝕(shi)電(dian)池的(de)(de)原理(li),即由(you)于縫隙內和周(zhou)圍溶液(ye)之間氧(yang)濃度或金(jin)屬(shu)離子濃度存在差(cha)異造(zao)成的(de)(de)。縫隙腐蝕(shi)在許多介質(zhi)中(zhong)發生,但(dan)以含(han)氯化(hua)物的(de)(de)溶液(ye)中(zhong)最(zui)嚴重,其機(ji)(ji)理(li)不僅是氧(yang)濃差(cha)電(dian)池的(de)(de)作(zuo)用,還(huan)有像點蝕(shi)那樣(yang)的(de)(de)自催化(hua)作(zuo)用,如圖3-4所示。
3. 焊接(jie)接(jie)頭(tou)的腐(fu)蝕
通常發生于不銹鋼管道,有三(san)種腐(fu)蝕形式。
①. 焊肉被(bei)腐(fu)蝕成海綿狀,這是(shi)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)發生的δ鐵素(su)體(ti)選擇性腐(fu)蝕。
為改善焊接性能,奧氏體不銹鋼通常要求焊縫含有3%~10%的鐵素體組織,但在某些強腐蝕性介質中則會發生δ鐵素體選擇性腐蝕,即腐蝕只發生在δ鐵素體相(或進一步分解為σ相),結果呈海綿狀。
②. 熱影(ying)響區腐(fu)蝕。造成(cheng)這(zhe)種腐(fu)蝕的原因,是焊接過程中這(zhe)里的溫度(du)正(zheng)好(hao)處在(zai)敏化區,有充(chong)分的時間析出碳化物,從而產(chan)生了晶間腐(fu)蝕。
晶間腐蝕是腐蝕局限在晶界(jie)和晶界(jie)附近(jin)而晶粒(li)本身腐蝕比較(jiao)小的(de)一種腐蝕形態,其結果將造成晶粒(li)脫(tuo)落(luo)或使(shi)材(cai)料機械強度(du)降(jiang)低。
晶間腐蝕的機理是“貧鉻理論”。不銹鋼因含鉻而有很高的耐蝕性,其含鉻量必須要超過12%,否則其耐蝕性能和普通碳鋼差不多。不銹鋼在敏化溫度范圍內(450~850℃),奧氏體中過飽和固溶的碳將和鉻化合成Cr23C6,沿晶界沉淀析出。由于奧氏體中鉻的擴散速度比碳慢,這樣,生成Cr23C6所需的鉛必然從晶界附近獲取,從而造成晶界附近區域貧鉻。如果含鉻量降到12%(鈍化所需極限含鉻量)以下,則貧鉻區處于活化狀態,作為陽極,它和晶粒之間構成腐蝕原電池,貧鉻區陽極面積小,晶粒陰極面積大,從而造成晶界附近貧鉻區的嚴重腐蝕。
③. 熔合線處的刀口腐蝕,一般發生在用Nb及Ti穩定的不銹鋼(347及321)。刀口腐蝕大多發生在氧化性介質中。刀口腐蝕示意如圖3-5所示。
4. 磨損(sun)腐(fu)蝕(shi)
也稱沖(chong)刷腐蝕(shi),當(dang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)流體在彎頭、三通等拐彎部位突然改(gai)變(bian)方向,它對金(jin)屬(shu)及金(jin)屬(shu)表(biao)面的(de)(de)鈍(dun)化膜或腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物層產(chan)生機械(xie)沖刷破壞作用,同時又對不斷露(lu)出的(de)(de)金(jin)屬(shu)新鮮表(biao)面發(fa)生激烈的(de)(de)電化學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),從(cong)而造成比其(qi)(qi)他部位更為嚴(yan)重的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)損傷。這種損傷是金(jin)屬(shu)以其(qi)(qi)離(li)子或腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物從(cong)金(jin)屬(shu)表(biao)面脫離(li),而不是像純粹(cui)的(de)(de)機械(xie)磨損那樣(yang)以固體金(jin)屬(shu)粉末脫落。
如果流體中夾有氣泡或固體懸浮物時,則最易發生磨損腐蝕。不銹鋼的鈍化膜耐磨損腐蝕性能較差,鈦則較好。蒸汽系統、H2S-H2O系統對碳鋼管道彎頭、三通的磨損腐蝕均較嚴重。
5. 冷凝液(ye)腐蝕
對(dui)于含水蒸氣的(de)熱(re)腐蝕性氣體管道,在(zai)保(bao)溫層(ceng)中止處或(huo)破損處的(de)內壁,由于局部溫度(du)降至露點以下(xia),將發生冷凝現象,從而造成冷凝液(ye)腐蝕,即(ji)露點腐蝕。
6. 涂層破損處的(de)局部大氣銹蝕
對于(yu)化工(gong)廠(chang)的(de)碳鋼管線(xian),這(zhe)種腐蝕(shi)有(you)時會很嚴重,因為化工(gong)廠(chang)區的(de)大(da)氣中(zhong)常常含有(you)酸(suan)性(xing)氣體,比(bi)自然大(da)氣的(de)腐蝕(shi)性(xing)強得多。