防腐蚀设计课件.ppt
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- 腐蚀 设计 课件
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1、第十章第十章 防腐蚀设计防腐蚀设计 耐蚀材料选择耐蚀材料选择u选材依据选材依据u耐蚀评价耐蚀评价u主要金属材料、非金属材料简介主要金属材料、非金属材料简介结构设计结构设计u一般要求一般要求u若干细则若干细则应力影响和强度设计应力影响和强度设计u应力对腐蚀的影响应力对腐蚀的影响u消除残余应力的措施消除残余应力的措施 设计是设备制造过程的第一个最重要环节。设计是设备制造过程的第一个最重要环节。所谓防腐蚀设计所谓防腐蚀设计,包括耐蚀材料选择,包括耐蚀材料选择(主体设备、主体设备、零部件、覆层材料零部件、覆层材料),在结构设计和强度校核中,在结构设计和强度校核中考虑腐蚀控制的要求,准备采用的防护技术考
2、虑腐蚀控制的要求,准备采用的防护技术(如如覆盖层覆盖层)提供必要的实施条件,对加工制造技术提供必要的实施条件,对加工制造技术提出指示性意见等。提出指示性意见等。 1. 1. 耐蚀材料选择耐蚀材料选择 1.1 选择的依据选择的依据设备设备 (1)设备的)设备的用途用途 (2)加工加工要求和加工量要求和加工量 (3)设备在整个装置中所占的)设备在整个装置中所占的地位地位 以及各设备之间的相互以及各设备之间的相互影响影响 (4)是否易于)是否易于检检查、查、修修理或更换理或更换 (5)计划的使用)计划的使用寿命寿命 腐蚀环境腐蚀环境 (1 1)一般环境条件)一般环境条件:介质:介质种类、浓度、种类、
3、浓度、 温度温度、压力、流速、充气等、压力、流速、充气等 (2 2)实际环境条件)实际环境条件:原料和工艺水中的原料和工艺水中的 杂质杂质 ;设备;设备局部区域局部区域(如缝隙、死如缝隙、死 角角)内介质的浓缩、杂质的富集、内介质的浓缩、杂质的富集、 及可能的局部过热或局部温度偏低;及可能的局部过热或局部温度偏低; 介质介质条件变化条件变化的幅度等。的幅度等。 腐蚀影响腐蚀影响(1) 可能发生的可能发生的腐蚀类型腐蚀类型(2) 对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料,如不锈对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料,如不锈 钢,要特别注意可能发生的局部腐蚀问题。钢,要特别注意可能发生的局部腐蚀问题。 (3) 腐蚀破坏
4、的腐蚀破坏的后果后果 返回返回1.21.2 耐蚀材料评价耐蚀材料评价耐蚀性耐蚀性 I 腐蚀数据的获得腐蚀数据的获得 Corrsion Data Survey手册手册,其中其中 金属分册金属分册包括包括26种金属和合金种金属和合金 在在1196种腐蚀介质中的腐蚀数据。种腐蚀介质中的腐蚀数据。 非金属分册非金属分册包括包括36种非金属材料种非金属材料 在在803种腐蚀性溶液和气体中的腐蚀数据。种腐蚀性溶液和气体中的腐蚀数据。 图例图例符号符号腐蚀速度腐蚀速度 20mpy 50mpy硫酸硫酸%G.A.Nelson 归纳腐蚀数据的方格图归纳腐蚀数据的方格图 800 温温700 度度 600 C 500
5、 400 300 212 175 125 75铅铅介质介质浓度浓度% %温度温度 c c 25 50 80 100 120 150 硝酸硝酸 1.5 mm/y腐蚀图和选材图腐蚀图和选材图 (见下面三页)(见下面三页) 腐蚀试验腐蚀试验 实验室试验实验室试验 现场挂片试验现场挂片试验 实物试验实物试验钢钢在硫酸中的在硫酸中的腐蚀图腐蚀图 325 275 225 175 125 75 60 65 70 75 8 0 85 90 95 100 105 110H2SO4 %200 mpy 20050200 mpy502050 mpy20520 mpy 5 05 mpy温温度度0 0C C在此区沸点下不
6、可使在此区沸点下不可使用哈氏合金用哈氏合金B B及及D D奈尔逊奈尔逊(Nelson)制作制作 20 40 60 80 100 103.5 H so % 温温 600度度 C 500 400 300 200 100 沸点沸点曲线曲线101 2 3 4589 76硫酸的硫酸的选选材图材图(腐蚀速度小于(腐蚀速度小于20mpy)NelsonNelson硫酸选材图中各区合用的材料硫酸选材图中各区合用的材料( (包括金属包括金属, ,非金属非金属) ) 1区区10%铝青铜铝青铜(不含空气不含空气),IlliumG镍铬(铜铁铁镍铬(铜铁铁)合金。哈氏合金合金。哈氏合金B及及D、 Durimet20合金、
7、合金、Worthile铁镍铬合金、铅铁镍铬合金、铅,铜铜(不含空气)潆乃尔合(不含空气)、不含空气)潆乃尔合(不含空气)、钽、金、铂、银、锆、钽、金、铂、银、锆、Nilonel镍铁铬合金、钨、钼镍铁铬合金、钨、钼,3.6型不锈钢铁型不锈钢铁(充气,浓度到充气,浓度到10%)。玻璃,酚醛(石棉。玻璃,酚醛(石棉)塑料,橡胶(到时塑料,橡胶(到时170F止)、不透性石墨止)、不透性石墨2区区高硅铁,哈氏合金高硅铁,哈氏合金B及及D.Durimet20合金合金(到到150F止止),铅铅,铜铜(不含空气不含空气),Worthite铁镍铬合金铁镍铬合金(到到150F止止),蒙乃尔合金,蒙乃尔合金(不含空
8、气不含空气)10%铝青铜铝青铜(不含空气不含空气).镍铸铁镍铸铁(20%以下以下75F)钽钽,金金,银银,铂铂,锆锆,Nionel镍铁笱合金,钨镍铁笱合金,钨,钼钼,316型不锈钢型不锈钢(含空气,含空气,75F,到到25%)玻璃,酚醛玻璃,酚醛(石棉石棉),塑料,橡胶,塑料,橡胶(到到170F止止)不透性石墨不透性石墨3区区高硅铁,哈氏合金高硅铁,哈氏合金B及及D,Durimet20合金合金(到到150F止止),铅,铅,Worthile铁镍铬保金铁镍铬保金.蒙乃尔合金蒙乃尔合金(不含空气不含空气),钽,钽,金金,铂铂,锆锆,钼钼,玻璃玻璃,不透性石墨不透性石墨4区区钢、高硅铁、哈氏合金钢、高
9、硅铁、哈氏合金B及及D.铅铅(到到96%浓度浓度),Durimet 20合金合金,Worthite铁镍铬铁镍铬合金,镍铸铁合金,镍铸铁,316型不锈钢型不锈钢(浓度浓度80%以上以上),钽,钽,金金,铂铂,锆锆,玻璃,不透性石墨玻璃,不透性石墨(浓度浓度96%以下以下)5区区高硅铁,哈氏合金高硅铁,哈氏合金B及及D,Durimet 20合金合金(到到150F止止),Worthite铁镍铬合金铁镍铬合金(到到150F止止)铅铅(至至175F及及96%)浓度浓度.钽钽,金金,铂铂,玻璃,不透性石墨玻璃,不透性石墨(到到175F,浓度浓度96%)6区区高硅铁,哈氏合金高硅铁,哈氏合金B及及D(腐蚀速
10、度腐蚀速度20-50mpy),钽钽,金金,铂铂,玻璃玻璃7区区高硅铁高硅铁,钽钽,金金,铂铂,玻璃玻璃8区区钢钢,18-8型不锈钢,型不锈钢,Durimet 20合金合金,Worthite铁镍铬合金铁镍铬合金,哈氏合金哈氏合金c,金金,铂铂,玻璃玻璃9区区18-8型不锈钢型不锈钢,Durimet 20合金合金,Worthite铁镍铬合金铁镍铬合金,金铂金铂,玻璃玻璃10区区金金.铂铂.玻璃玻璃(3 3)不同材料组合时要考虑材料的不同材料组合时要考虑材料的相容性相容性。 (4 4)重视设备使用经验,重视设备使用经验,积累腐蚀数据积累腐蚀数据、案例,特、案例,特 别是设备腐蚀破坏事故的有关资料。别
11、是设备腐蚀破坏事故的有关资料。 耐蚀性评价中应注意的几个问题耐蚀性评价中应注意的几个问题 (1 1)任何时候,任何情况下都)任何时候,任何情况下都不要假定或推测不要假定或推测材料的材料的 使用环境条件。使用环境条件。 (2 2)要考虑材料)要考虑材料优点优点,更要注意材料,更要注意材料弱点弱点和腐蚀问题。和腐蚀问题。 物理、机械和加工性能物理、机械和加工性能(1 1)物理性能:物理性能:密度、传热性、导电性、膨胀系数等。密度、传热性、导电性、膨胀系数等。 机械性能机械性能:强度、塑性、韧性等。强度、塑性、韧性等。 加工性能:加工性能:铸造、切削、焊接性能等。铸造、切削、焊接性能等。 几种材料的
12、物理、机械性能几种材料的物理、机械性能材料材料性能性能低碳低碳钢钢高硅高硅铸铁铸铁低合低合金钢金钢铅铅塑料塑料硬硬 pvcpvc工业工业耐酸耐酸瓷瓷不透性不透性石墨石墨环氧环氧玻璃玻璃钢钢机机械械性性能能抗拉强度公抗拉强度公斤毫米斤毫米 3848 612 751.22.33.56.32.85.50.72.5812伸长率伸长率 2535 015355051516 冲击韧性冲击韧性公斤厘米公斤厘米/ /厘米厘米1500.12.83.2140350 加工性能加工性能良好良好只宜只宜铸造铸造良好良好不不良良可焊可焊易加易加工工硬而硬而脆脆易机加易机加工,不工,不可焊,可焊,可粘可粘良好良好(2 2)材
13、料的耐蚀性和物理、机械、加工)材料的耐蚀性和物理、机械、加工 性能是材料技术指标的两个方面。性能是材料技术指标的两个方面。 这两个方面往往存在矛盾。根据具体情况这两个方面往往存在矛盾。根据具体情况 有所偏重。有所偏重。或者以耐蚀性为主或者以耐蚀性为主,对材料物理、机,对材料物理、机 械、加工性能的不足,采取适当措施进行弥补,械、加工性能的不足,采取适当措施进行弥补, 并制定符合材料性能特点的使用规程;并制定符合材料性能特点的使用规程;或者以物或者以物 理、机械、加工性能为主,理、机械、加工性能为主,而对材料实施有效的而对材料实施有效的 防护技术,以保证其腐蚀速度达到要求的水平。防护技术,以保证
14、其腐蚀速度达到要求的水平。 经济指标经济指标 (1 1)目标是工程目标是工程投资投资最少,最少,回收回收年限最短。年限最短。(2 2)腐蚀控制的腐蚀控制的费用费用应当低于腐蚀造成的应当低于腐蚀造成的 经济损失,包括直接损失和间接损失。经济损失,包括直接损失和间接损失。(3 3)在实际在实际选材选材工作中,材料来源和交货工作中,材料来源和交货 时间起着重要的作用。时间起着重要的作用。 选材的一些基本原则选材的一些基本原则 (1 1)单一材料单一材料往往难以同时满足耐蚀性,物理、机械、往往难以同时满足耐蚀性,物理、机械、 加工性能和经济指标的要求,因此应根据不同设备加工性能和经济指标的要求,因此应
15、根据不同设备 正确处理技术性和经济性之间的关系。正确处理技术性和经济性之间的关系。(2 2)将两种将两种材料复合材料复合使用是一种有效而经济的方法。使用是一种有效而经济的方法。 (3 3)所选材料应满足整合装置的所选材料应满足整合装置的预定寿命预定寿命,同时应使装,同时应使装 置中各部分的材料均匀劣化置中各部分的材料均匀劣化 。返回返回1.3 主要金属材料简介主要金属材料简介 碳钢和铸铁碳钢和铸铁 碳钢和铸铁来源广、碳钢和铸铁来源广、价格低。碳钢强度大价格低。碳钢强度大、塑性好、可铸、可锻、可切削加工、可焊接,制造塑性好、可铸、可锻、可切削加工、可焊接,制造容易。所以,碳钢和铸铁广泛容易。所以
16、,碳钢和铸铁广泛用用作作结构材料,碳钢结构材料,碳钢和铸铁的耐蚀性较差和铸铁的耐蚀性较差,在潮湿大气和中性水中均不,在潮湿大气和中性水中均不耐蚀。在酸溶液中钢铁是不能使用的。但在耐蚀。在酸溶液中钢铁是不能使用的。但在浓硫酸浓硫酸中可以使用碳钢中可以使用碳钢,但要防止浓硫酸吸水稀释但要防止浓硫酸吸水稀释,故适,故适用于制作密闭容器和输送管道。用于制作密闭容器和输送管道。 0.4 0.8 1.2 1.6 3.3 0.4 0.8 1.2 1.6 3.3含碳量对铁碳合金在含碳量对铁碳合金在20%20%硫酸硫酸(25(25摄氏度摄氏度) ) 含碳量对铁碳合金在含碳量对铁碳合金在30%30%硝酸硝酸(25
17、 (25 中腐蚀速度的影响中腐蚀速度的影响 摄氏度摄氏度) )中腐蚀速度的影响中腐蚀速度的影响 腐腐 蚀蚀 影影 响响 因因 素素腐蚀速度(小时.2米/克)20017515012510075505 0C.%200001500010000 5000 0腐蚀速度(小时.2米/克)C.%普通低合金钢普通低合金钢 普通低合金钢是在碳素钢中普通低合金钢是在碳素钢中加入少量合金加入少量合金元素元素( (低于低于3%3%) )而制得的,其而制得的,其优点优点是改善钢材的强是改善钢材的强度、韧性、塑性,加工工艺性能也较好,成本低。度、韧性、塑性,加工工艺性能也较好,成本低。所以多数普低钢的耐蚀性能和碳钢相差不
18、多,但所以多数普低钢的耐蚀性能和碳钢相差不多,但特殊环境特殊环境中耐蚀性大大优于碳钢。中耐蚀性大大优于碳钢。 1)耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢 含有铜、磷、铬等有效合金元素(含有铜、磷、铬等有效合金元素(16MnCu, 9MnCuPTi,10PCuRe)。腐蚀速度比低碳钢低。腐蚀速度比低碳钢低3040%。 原因略原因略2)耐耐H2S腐蚀低合金钢腐蚀低合金钢 一是加入钼、铌、钒、钛一是加入钼、铌、钒、钛等碳化物形成元素,以等碳化物形成元素,以 减少固溶体中的碳量;减少固溶体中的碳量; 二是二是采用精练技术以采用精练技术以降低硫、磷降低硫、磷等有害杂质;等有害杂质; 三是三是进行进行回火回
19、火处理,以获取马氏体高温回火组织。处理,以获取马氏体高温回火组织。 其中其中12AlMoV、12Cr2MoAlV、40B等耐硫等耐硫化氢腐蚀破坏性能较好。化氢腐蚀破坏性能较好。 3)3)耐氢氮氨腐蚀的低合金钢耐氢氮氨腐蚀的低合金钢 合成氨系统和石油加氢系统中的设备材料处于合成氨系统和石油加氢系统中的设备材料处于高温高压高温高压氢腐蚀或氢腐蚀或高温高压高温高压氢氮氨腐蚀氢氮氨腐蚀条件,后者条件,后者除渗氢引起的鼓泡、开裂以外,还有渗氮引起的材除渗氢引起的鼓泡、开裂以外,还有渗氮引起的材料脆化。我国的抗氢腐蚀低合金钢是加入铌、钒、料脆化。我国的抗氢腐蚀低合金钢是加入铌、钒、钛、钼等元素,以生成稳定
20、的碳化物和氮化物,减钛、钼等元素,以生成稳定的碳化物和氮化物,减少因氢和碳反应生成甲烷而造成的脱碳和腐蚀问题。少因氢和碳反应生成甲烷而造成的脱碳和腐蚀问题。如如10MoWVNb钢。钢。 4)4)耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢 有效的合金元素有硅、铜、磷、钼、锰、铬、有效的合金元素有硅、铜、磷、钼、锰、铬、铝、镍、钨、钛等。铝、镍、钨、钛等。 我国发展耐海水腐蚀低合金钢,主要研制了我国发展耐海水腐蚀低合金钢,主要研制了 铜系、磷钒系、磷铌稀土系、铬铝系铜系、磷钒系、磷铌稀土系、铬铝系。 如如10MnPNbRe,08PV,10CrAlNb钢等。钢等。 高硅铸铁高硅铸铁 当铸铁中当铸铁中硅的含
21、量达到硅的含量达到1417%时,称为高硅铸铁。时,称为高硅铸铁。优点:优点:高硅铸铁在氧化性、中性及某些非氧化性酸中均高硅铸铁在氧化性、中性及某些非氧化性酸中均有优良的有优良的耐蚀耐蚀性能性能(硝酸、硫酸、硫酸盐硝酸、硫酸、硫酸盐);耐磨损腐蚀耐磨损腐蚀性能也很好;硅钼铸铁性能也很好;硅钼铸铁(3.54.0%Mo),耐高温盐酸性耐高温盐酸性能。原因:生成致密能。原因:生成致密SiO2保护膜,且膜修复能力强。保护膜,且膜修复能力强。缺点:缺点:物理、机械和物理、机械和加工性能差加工性能差,硬度大,质地脆,强,硬度大,质地脆,强度低,膨胀系数大;加工困难。度低,膨胀系数大;加工困难。应用:应用:管
22、道管道(件件)、泵、阀门、塔节、泵、阀门、塔节(铸造形式铸造形式) 不锈耐酸钢不锈耐酸钢 不锈钢分为不锈钢分为马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体铁铁素体双相、沉淀硬化型钢素体双相、沉淀硬化型钢五大类五大类(金相组织金相组织)。 铬是使不锈钢获得优良铬是使不锈钢获得优良耐蚀性耐蚀性的主要合金元素,所的主要合金元素,所有不锈钢的有不锈钢的含铬量都大于含铬量都大于13%(原子分数原子分数1/8),铬含,铬含量愈高,抗蚀愈强。铬不锈钢在氧化性环境中的耐量愈高,抗蚀愈强。铬不锈钢在氧化性环境中的耐蚀性,其表面易形成致密氧化物蚀性,其表面易形成致密氧化物(钝化钝化)膜膜。 缺点缺
23、点:易发生局部腐蚀:易发生局部腐蚀,特别是应力腐蚀特别是应力腐蚀(占占50%)1)1)马氏体不锈钢马氏体不锈钢 马氏体不锈钢马氏体不锈钢是指具有马氏体组织的铬不锈钢,是指具有马氏体组织的铬不锈钢,其其碳含量较高碳含量较高(2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18),含碳量增加,钢的强度、硬度、耐磨性提高,而耐含碳量增加,钢的强度、硬度、耐磨性提高,而耐蚀性下降,因此主要用于制造要求蚀性下降,因此主要用于制造要求高硬度部件高硬度部件(耐磨耐磨零件、弹性元件、切削工具零件、弹性元件、切削工具),以及在以及在弱腐蚀性介质弱腐蚀性介质中使用。中使用。 2)2)铁素体不锈钢铁素体不锈钢 含铬量在含
24、铬量在18 30%范围内的铬不锈钢为铁素体钢。范围内的铬不锈钢为铁素体钢。作为作为耐氯化物应力腐蚀耐氯化物应力腐蚀破裂的不锈钢种类得到迅速破裂的不锈钢种类得到迅速发展发展(比铬镍奥氏体不锈钢好比铬镍奥氏体不锈钢好)。但普通铁素体不锈钢但普通铁素体不锈钢机械性能较低,冲击韧性差,对晶间腐蚀、孔蚀、机械性能较低,冲击韧性差,对晶间腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀敏感性较高。缝隙腐蚀敏感性较高。而高纯高铬铁素体不锈钢而高纯高铬铁素体不锈钢如如E-Brite26-1具有优异的耐蚀性,特别是优异的耐应具有优异的耐蚀性,特别是优异的耐应力腐蚀破裂,耐孔蚀和缝隙腐蚀,耐晶间腐蚀性能。力腐蚀破裂,耐孔蚀和缝隙腐蚀,耐晶间
25、腐蚀性能。 3)奥氏体不锈钢)奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢的奥氏体不锈钢的基本型是基本型是Cr18Ni810 。 高温强度、热塑性、冷变形能力、可焊性都非常高温强度、热塑性、冷变形能力、可焊性都非常好,但导热性、冷加工较差、有粘滞现象。好,但导热性、冷加工较差、有粘滞现象。 耐蚀性耐蚀性较铬不锈钢高(氧化性,中性,弱氧化性较铬不锈钢高(氧化性,中性,弱氧化性介质)。介质)。缺点:局部腐蚀缺点:局部腐蚀(晶间腐蚀,孔蚀,缝隙腐蚀,应(晶间腐蚀,孔蚀,缝隙腐蚀,应力腐蚀破裂)。力腐蚀破裂)。抗局部腐蚀手段抗局部腐蚀手段:提高:提高Cr和和Ni含量,或加入合金元含量,或加入合金元素素(Mo,Cu,Si
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