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(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。奧氏體不銹鋼管(guan)道在輸送含氯離子或溴離子的介質時最容易產生點蝕。不銹鋼管(guan)道(dao)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(gang)的(de)(de)點蝕過程可分為蝕孔(kong)的(de)(de)形成和(he)蝕孔(kong)的(de)(de)發展(zhan)兩個階段(duan)。
鈍化膜的不完整部位(露頭位錯、表面缺陷(xian)等)作為點蝕源,在某一(yi)段時(shi)間內(nei)呈活性狀態,電(dian)(dian)位變負,與其鄰(lin)近表面之間形成微電(dian)(dian)池,并(bing)且具有大陰極小陽極面積比,使點蝕源部位金屬迅速溶解,蝕孔開始形成。
已形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)蝕(shi)(shi)孔(kong)(kong)隨著(zhu)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)繼續進(jin)(jin)行。小孔(kong)(kong)內(nei)(nei)積(ji)累了過量的(de)(de)(de)(de)正(zheng)電荷,引起外部(bu)氯離子的(de)(de)(de)(de)遷入以保持電中性,繼之孔(kong)(kong)內(nei)(nei)氯化物(wu)(wu)濃(nong)度增高。由(you)于氯化物(wu)(wu)水解使(shi)孔(kong)(kong)內(nei)(nei)溶(rong)液酸化,又(you)進(jin)(jin)一步加速(su)孔(kong)(kong)內(nei)(nei)陽(yang)極的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解。這(zhe)種(zhong)自(zi)催化作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果,使(shi)蝕(shi)(shi)孔(kong)(kong)不斷地向深處發展,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. 碳鋼管道也發生點蝕,通(tong)常(chang)是在蒸(zheng)汽(qi)系統(特(te)別是低壓蒸(zheng)汽(qi))和熱水(shui)系統,遭受溶(rong)解(jie)氧(yang)的(de)腐蝕,溫度在80~250℃間最為嚴(yan)重(zhong)。雖然蒸(zheng)汽(qi)系統是除氧(yang)的(de),但由于操作(zuo)控制不嚴(yan)格,很難保(bao)證(zheng)溶(rong)解(jie)氧(yang)量不超(chao)標,因此溶(rong)解(jie)氧(yang)造(zao)成碳鋼管道產(chan)生點蝕的(de)情況經常(chang)會發生。
2. 縫隙腐蝕(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(xi)腐(fu)蝕。一些鈍性金屬如不銹鋼、鋁、鈦等,容易產生縫隙腐蝕。
縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的(de)機理,一般認為是濃(nong)差腐(fu)蝕(shi)電池(chi)的(de)原(yuan)理,即由(you)于縫(feng)隙內和周(zhou)圍(wei)溶液(ye)之(zhi)間氧濃(nong)度或金屬(shu)離子濃(nong)度存在差異造(zao)成的(de)。縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)在許多介(jie)質中發(fa)生,但(dan)以含氯化物(wu)的(de)溶液(ye)中最嚴重,其機理不僅是氧濃(nong)差電池(chi)的(de)作(zuo)用(yong),還(huan)有像點(dian)蝕(shi)那樣的(de)自催化作(zuo)用(yong),如圖3-4所示。
3. 焊接接頭的腐蝕
通常(chang)發生(sheng)于不銹鋼管道(dao),有三種腐蝕(shi)形式。
①. 焊肉(rou)被(bei)腐(fu)蝕成海(hai)綿狀(zhuang),這是奧氏體(ti)不銹鋼(gang)發生(sheng)的δ鐵素體(ti)選(xuan)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(re)影響區腐(fu)(fu)蝕(shi)。造(zao)成這種(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)原因,是焊(han)接過(guo)程中(zhong)這里的(de)溫度正好處在(zai)敏化(hua)區,有充分的(de)時間(jian)析出碳化(hua)物,從而產生了(le)晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)。
晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)是腐(fu)蝕(shi)(shi)局(ju)限(xian)在晶(jing)界和(he)晶(jing)界附近(jin)而晶(jing)粒本身腐(fu)蝕(shi)(shi)比較小的(de)一種腐(fu)蝕(shi)(shi)形態,其結果將(jiang)造(zao)成晶(jing)粒脫(tuo)落或使材料(liao)機械強(qiang)度(du)降低。
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. 磨損腐(fu)蝕
也稱沖刷(shua)腐蝕,當腐(fu)蝕(shi)性流體在彎(wan)頭、三通等拐彎(wan)部(bu)位突然改變方向,它對金(jin)(jin)屬及金(jin)(jin)屬表(biao)面的(de)(de)鈍化膜(mo)或腐(fu)蝕(shi)產物(wu)層產生機(ji)械沖刷破壞作(zuo)用,同時又(you)對不(bu)斷露出的(de)(de)金(jin)(jin)屬新鮮表(biao)面發生激烈的(de)(de)電(dian)化學腐(fu)蝕(shi),從而造成(cheng)比其(qi)他部(bu)位更為嚴重的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)損傷(shang)。這種損傷(shang)是金(jin)(jin)屬以其(qi)離子或腐(fu)蝕(shi)產物(wu)從金(jin)(jin)屬表(biao)面脫離,而不(bu)是像(xiang)純粹的(de)(de)機(ji)械磨損那樣以固體金(jin)(jin)屬粉末脫落。
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. 冷凝液腐蝕
對于含水蒸氣(qi)的熱腐蝕性(xing)氣(qi)體管(guan)道,在保溫(wen)層(ceng)中(zhong)止處或破損(sun)處的內壁(bi),由于局部溫(wen)度降至露點以下,將發生冷凝現(xian)象,從而造(zao)成冷凝液(ye)腐蝕,即露點腐蝕。
6. 涂層破損處的局部大氣(qi)銹蝕
對于(yu)化(hua)工廠的碳鋼(gang)管(guan)線,這種腐蝕(shi)(shi)有時會(hui)很嚴重,因為(wei)化(hua)工廠區(qu)的大氣中常常含有酸(suan)性(xing)氣體,比自(zi)然大氣的腐蝕(shi)(shi)性(xing)強得多(duo)。