材料腐蚀的一些数据
9 i1 c P- D. M$ K/ f9 `6 P0 d1 结构用钢铁材料一般腐蚀为0.1-0.2 毫米/年,但在飞溅区,腐蚀较大,可达0.3 毫米/年,- y2 \4 L! H1 ^' L/ \9 \7 `
2 有点蚀发生的时候,材料腐蚀速度可以达到正常速度的几倍甚至几十倍,& L8 S3 o7 ?1 w$ o
3 腐蚀和海区域有关,不同区域,腐蚀速度又有差异,对特定钢种,厦门附近海域,腐蚀更大,
- ^/ v6 ~$ P. W6 V0 _2 s 具体腐蚀特性可以看区域图。# z( k/ ?: ^3 `+ N6 \# j& Z6 o
4 腐蚀的类型有:
3 C9 h1 X+ l6 C5 i& }& X4 f$ P, @均匀腐蚀,一般碳钢,0.2 毫米/年,
+ W; y( {# H W' j# f4 _7 ^$ B点蚀,深度纵向发展,破坏严重,不锈钢常有点蚀,点蚀是隐蔽性破坏,后果严重。
/ Q, u; g7 {& F( G. t- h缝隙腐蚀,对一些不锈钢和合金钢破坏特别严重,常发生在钢缆、螺栓、套管等位置,
7 R: X& u2 q( d. @' ]" ]2 D( b湍流腐蚀,有些金属对水流速度比较敏感,当到达一定速度以后,腐蚀速度加快,空泡腐蚀,又称气穴腐蚀,对许多材料都有作用。主要是气泡破裂以后的高压冲击。
* N. }" ~, X3 q3 k" t5 A, Y电偶腐蚀,发生在两种金属之间,由电位差造成,可以采用镀层和喷涂加以保护。
; Y! Q+ t: e2 R: @: ~( R5 特别要注意的是,海水腐蚀下的疲劳破坏比陆地上的疲劳破坏更加迅速。! C% O( S0 e3 M5 a0 l7 H+ |
6 钛及钛合金的保护膜非常稳定,基本在海洋环境中不腐蚀,采用钛合金壳体是一个选择,但成 " b6 e4 y& Z) H/ S& O+ h; l5 Q
本高。
$ u* g( _( ~% k- ~7 普通不锈钢和铝合金由于保护膜不稳定,当表面供氧不足,也就是水流速度不够的时候。使后
3 B* i( i5 M N9 T 续保护膜形成不足的时候,易发生点蚀等破坏,要特别加以注意。! l B4 Y' D8 C
8 铜及铜合金,有保护膜,一般是稳定的,但海水氧含量增加,腐蚀加快。除去锰黄铜外,一般
2 |3 r9 g0 P$ r5 [0 D( U 黄铜耐海水腐蚀能力均较好。在飞溅暴露区,黄铜耐腐蚀能力较好,可以做轴套一类材料,有
& z# H3 q1 ?( m3 h2 a. i 一定使用寿命。青铜的腐蚀问题有专门叙述,可以参考。3 z/ w5 I" w6 Q1 w
9 一般耐海水腐蚀的钢材,如10CrMoAl 等,初始腐蚀小于一般碳钢,但4年以后,平均腐蚀速
7 U1 ^3 B! \9 P 度大于碳钢,这种现象称为‘腐蚀逆转’。哪种材料有‘腐蚀逆转’要看具体材料和实验数据。% p3 i$ N; Z0 u/ G
关于10CrMoAl 等材料,使用的时候有专用文件夹有全部资料。包括材料性能与焊接,设计前
$ \$ S1 w' G" w+ v 参考。
) ]& B$ s) C( \$ M1 [3 i7 d10 不锈钢在海洋环境普遍被采用,从阀门到螺旋桨都有,不锈钢的腐蚀,主要是点蚀和缝隙腐% D4 M2 R2 r) p8 M! @
蚀,不锈钢的晶间腐蚀和应力腐蚀不常见。是否发生腐蚀与材料成分与使用环境有非常大的, n% V ~) ~1 m* Y
关系,总体说,不锈钢在海洋大气暴露中表现比较好,一般是轻点蚀,但在海水全浸区,18-8
6 U$ s) L. }: L6 u9 P 类不锈钢有严重的腐蚀。当流速大于1.2 米/秒时,由于供氧充分,点蚀减弱。当发生高流速$ N7 c0 k5 c/ E) {
的时候,一般为缝隙腐蚀。# z- ]4 P7 w+ m# N ]' I8 E3 A; ~9 z
60年代开发的耐海水腐蚀的不锈钢以AL-6X为代表,为20Cr—24Ni—6.5Mo 成分。现在有新( E' a; a2 w* C) n7 d
型号。在飞溅区的腐蚀是一个特殊研究范围,1Cr18Ni9Ti ,00Cr19Ni10,等耐腐蚀性能都很
/ q, `0 ^! T6 j7 y6 l: @* H. } 好。点蚀发生和点蚀孔径随时间增加而增加,当暴露16年,点蚀深度可达0.2 毫米。% M0 W0 `6 d* l# `8 L
当不锈钢在海水腐蚀中的稳定腐蚀电位较正,耐腐蚀能力较好,电位较负,耐腐蚀能力较差。
. ?9 I7 W) {7 h7 m4 M 表现为低碳的耐腐蚀能力较好。
) n* { y) f! k2 D/ a4 E4 e 采用双向不锈钢也是对抗腐蚀的有效措施。奥氏体对氯离子的腐蚀能力较差。要特别注意。
1 A$ r( y0 k1 g11 海洋环境防腐种类很多,喷锌铝证明是非常有效的措施。使用寿命一般可达16年。一般设计8 g6 r: H9 K$ J- v& t( c2 d
寿命为10—20年。具体要考虑热喷涂的设备,孔隙率等多种因素,孔隙还要考虑封闭措施, % ]! `+ \) j, Q) Q e( G
封闭种类很多,比如环氧封闭,但要具体考虑其工艺性。4 U4 S* j. ^. c8 c
另外,还有采用有机或无机方式在不锈钢表面形成保护膜的措施,保护膜致密而坚固,可以7 e0 p6 y0 i0 q, G) ]5 J
同时起到保护和滑动摩擦的效果,各国都有研究,这对于既要保护表面又要做导向的结构有; X5 l8 }' o5 g: z2 t
帮助。具体方式参考不锈钢热浸涂层的问题。
?7 w9 w7 C2 ]12 普通钢材可以采用热渗铝处理,Q235 钢材,热渗铝处理以后,耐海水腐蚀能力提高6倍,- j1 Z. Q1 A2 o) K* h" L+ I. j" l5 Q
腐蚀的形态主要为点蚀,腐蚀的速度随海水的温度升高而升高。实验数据有专门论述。渗铝
& i/ Z& [3 v' [" b# M. \$ u$ A, c( g! h 时间为4-6小时,设计前要先问是否有设备。* [7 ?% V: e6 c+ U2 I) J
性能特点:/ D' f1 R# T: q- o3 H7 `
表面铝含量≥20%,渗层厚度0.05-0.5mm,抗高温氧化可至800℃,显著提高钢铁抗硫化氢、 5 d+ H ]7 a7 Y( F5 ^) s
二氧化硫、二氧化碳、煤气、氨水及海水腐蚀能力 ) T% B: Q/ Q l3 F8 I; S
海水、深水设备设计经验总结
) R) z; V# o& U: v2 c1 严格分析使用工况及实际使用条件,水深、水质、地域环境、浸入式使用、飞 ) [# X! `* j1 U8 a* h
溅式使用等客观条件。' o: q. v# S! q0 x. Z
2 使用寿命的确定,腐蚀与寿命有很大关系,过长的设计使用寿命将使得设备笨4 \7 P1 P; n5 e. z( X, J3 J
重而庞大,成本增加。
4 I" h+ o0 C: S! E: M% Y+ {3 材料的确定,必须严格按使用工况选择材料,海用工况时,材料的错误选择将
' y4 [9 C, q7 K4 X% T 是致命的。由此而导致设备提前报废或重大责任事故的发生。
6 p# {1 E. p! e) C; B( v7 ]7 J4 设计计算时,首先确定材料,确定材料以后,按强度、刚度的计算法则计算,
$ F0 {+ G( a9 U. V 再按使用寿命年限的腐蚀行为增加结构厚度。当结构与材料及腐蚀问题有冲突
3 }* E& l8 V& Y f 的时候,应当优先满足材料与腐蚀的问题,牺牲结构特点换取使用性能。3 d o" [( n0 C: w9 V
5 使用同种材料设计结构,尽可能避免缝隙,尽可能多用焊接结构,少用铆接与
9 }+ S8 j/ ^$ J% T$ f/ l. c 螺栓连接,当必须用铆接与螺栓连接的场合,要合理封闭缝隙。封闭缝隙的方
/ ?; u7 W' x4 e" W* A& m 式很多,尽量多参考现有成熟措施。当无法避免缝隙的场合,要使缝隙尽可能* D3 l$ g( a" j+ ?* e" v- I9 p
保持敞开状态,即尽可能加大缝隙。! D0 U+ E! X) d+ ~
避免凹槽与盲孔,当无法避免时,用非金属材料实行严格封闭,当必须使用金
8 v# f4 }& k. G* I+ x4 `$ Y9 `$ T, ~ 属材料封闭时,应加非金属垫片保持绝缘状态,避免使用异种金属材料而导致
2 Z- w( c# q* b* g, w" v, j 电化学腐蚀。
! {) O- V+ p$ ] 对于异种接触结构,比如滑道、滚轮、轴承等,必须考虑其电化学性能及抗腐 蚀能力,确定整个结构的使用寿命。
4 L$ ~+ N2 W' I! V 避免使用滚动轴承,当必须使用时,必须考虑密封,不合理的密封措施,导致
5 h- x! c1 u$ I' T; a 整体使用寿命降低。
2 |; {5 E" p3 H j! R. e 对于异种材料焊接在一起的结构,首先应当避免使用,当不得已必须使用时,6 G, L# v3 F4 d% E6 [
考虑腐蚀和寿命问题。
% f# a" w, }. K- w 使用不锈钢要特别注意种类,奥氏体抗空泡腐蚀能力好,但点蚀、缝隙腐蚀能
- |+ w1 W \3 x1 A4 q, t! p 力差。高镍不锈钢抗缝隙腐蚀性能好,双相不锈钢的各方面能力都比较好,但- \. J$ `7 ]4 l; N) _: F8 D8 ~
有些类型其焊接性能较差,要特别注意焊接问题。& ~5 G7 V$ d- |+ T; k
不锈钢的点蚀是个非常严重的问题,不能加以轻视,有时表面看来非常小的腐& p. ^- X' G& u7 w ^) ?
蚀点,下面的腐蚀已经非常严重了,有时甚至到了足以引起整个结构破坏的程3 A* v q9 p) o2 M9 T
度,设计时必须非常重视。
% O+ n" m- R7 r8 i' A 有铸铁材料时,尽可能采用高镍铸铁,高镍铸铁的耐腐蚀能力较高。
% W7 z8 t; c" O" j' S 使用铜合金材料时,要有针对性,对应使用条件查材料性能,确定耐腐蚀的性2 P! u) d* z; E
能。
& b: D* o' t: {( ~1 V5 l 镍--铜类的莫耐尔合金,耐腐蚀能力好,但价格贵,看场合使用。
3 K7 q" y9 x8 w7 Y: R4 h3 i 钛合金的耐腐蚀能力非常好,耐各种腐蚀,对于污染腐蚀、缝隙腐蚀、空泡6 M8 U9 \' ~5 B. B! s) Y
腐蚀、应力腐蚀等等,效果都非常好,但有些特殊场合要特别注意,注意与
3 j- O( P' o, [ w7 A 其他金属材料的问题。& H+ i) u' G$ t7 F
6 防腐与封闭问题,静止结构,可以通过表面涂装的方式防腐,金属结构可以采
, R0 e" N3 m; @9 A1 H b 用热喷涂锌-铝材料处理,但喷涂材料有一定的气孔率,这些微小气孔必须加
. j! W: Q! B2 v ?$ O# F. \( p' {4 Z9 O 以封闭,封闭可以采用环氧类树脂处理。金属材料热喷涂的涂层厚度决定使用* w9 P( s$ ^! U" Z! }9 ]
寿命,设计时按使用寿命加以考虑,数据可以查表。
Z2 ]' K) c$ s% B9 l& S$ V 对于运动结构,既要考虑结构的防腐又要考虑运动性能,采用的方式比较多,
3 C: `6 W) R, g. U) l 可以采用金属表面钝化后,在滑动部分贴装非金属减摩材料,比如减摩带等材# k0 G* |$ s+ e _0 U% G# I( P
料。但材料在使用前一定要事先咨询生产厂家,确定可以在海水环境中使用, ) E: T' j ^1 r
并且有可靠的贴装措施,保证牢固可靠,及合理的使用寿命,比如可以保证使# j2 a4 i9 z4 i8 k) L" I, v
用5年,这样可以在使用周期到达之前做妥善处理。: H0 h* a$ l: q! g
对于有些运动结构,负荷比较小,或使用次数较少的,可以考虑在金属表面作 / }9 X0 n# X- q( |
自身的加厚钝化层,这种钝化层要有实验数据加以支持,保证使用。" b( t: Y0 c7 ^7 `
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