材料腐蚀的一些数据
2 m5 l% o( o" o! J3 V9 |0 }1 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,
: t5 W* u7 x4 `, V8 v" Q2 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," i z* y) b1 a
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,
" f. A% V- e# K! _2 q 具体腐蚀特性可以看区域图。% h* T8 Y2 ?' w {8 Z8 ^
4 腐蚀的类型有:
6 b9 D" ~2 r+ O4 _& L x& F均匀腐蚀,一般碳钢,0.2 毫米/年," O' H& \! \* J0 R9 e q
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。
7 J n! c- T0 \3 [3 q! Q& x T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,
4 A) D8 U$ K: J( U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。/ \* T- d/ ]9 i; g: `
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。
3 A: N$ l, ^! s1 S5 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。
; O2 n% {5 O( Y9 R6 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
/ {$ D2 M0 _8 }$ t' F$ u8 I 本高。+ Q8 L/ L! X$ u1 C# V
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
( a* |0 ^+ ]3 [) j4 R# u 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。3 `4 P3 y4 f! m5 {1 ^
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
' @( G# `! {1 O9 A 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% f+ Y/ D7 N8 ]
一定使用寿命。青铜的腐蚀问题有专门叙述,可以参考。+ C+ U! H. C X& \( r
9 一般耐海水腐蚀的钢材,如10CrMoAl 等,初始腐蚀小于一般碳钢,但4年以后,平均腐蚀速
. L9 v% b: o3 S 度大于碳钢,这种现象称为‘腐蚀逆转’。哪种材料有‘腐蚀逆转’要看具体材料和实验数据。
( x- Z. E0 X, R! ] H5 v' ^ 关于10CrMoAl 等材料,使用的时候有专用文件夹有全部资料。包括材料性能与焊接,设计前
! D& V0 Z% L' v% [7 l" l' F 参考。! o- F D1 `! p6 I5 O
10 不锈钢在海洋环境普遍被采用,从阀门到螺旋桨都有,不锈钢的腐蚀,主要是点蚀和缝隙腐8 a, V& E& P0 |! y1 y. a
蚀,不锈钢的晶间腐蚀和应力腐蚀不常见。是否发生腐蚀与材料成分与使用环境有非常大的5 ~0 j$ l# K% m. | K# [
关系,总体说,不锈钢在海洋大气暴露中表现比较好,一般是轻点蚀,但在海水全浸区,18-8: I3 L U* J r. {- u
类不锈钢有严重的腐蚀。当流速大于1.2 米/秒时,由于供氧充分,点蚀减弱。当发生高流速. d: p: L% G# F: `7 q! W9 Y( ^
的时候,一般为缝隙腐蚀。
f# K" D+ P. _0 _3 _ 60年代开发的耐海水腐蚀的不锈钢以AL-6X为代表,为20Cr—24Ni—6.5Mo 成分。现在有新
+ Y! e+ F. _! t* A7 a 型号。在飞溅区的腐蚀是一个特殊研究范围,1Cr18Ni9Ti ,00Cr19Ni10,等耐腐蚀性能都很 # E, q1 f2 L" U. F, ~3 v N4 x( G
好。点蚀发生和点蚀孔径随时间增加而增加,当暴露16年,点蚀深度可达0.2 毫米。: J+ ]2 A" |7 m
当不锈钢在海水腐蚀中的稳定腐蚀电位较正,耐腐蚀能力较好,电位较负,耐腐蚀能力较差。 : t0 x" S0 s: a/ r; l! r* k
表现为低碳的耐腐蚀能力较好。
) E; b, C. ^+ _9 B$ E& S: f4 [ 采用双向不锈钢也是对抗腐蚀的有效措施。奥氏体对氯离子的腐蚀能力较差。要特别注意。8 d5 H+ m. \ o# F2 u- w' R# c
11 海洋环境防腐种类很多,喷锌铝证明是非常有效的措施。使用寿命一般可达16年。一般设计) b3 c* L5 |6 q! B2 ^9 g
寿命为10—20年。具体要考虑热喷涂的设备,孔隙率等多种因素,孔隙还要考虑封闭措施,
# _# u5 D7 @! t; k 封闭种类很多,比如环氧封闭,但要具体考虑其工艺性。
- ~# d3 C# m8 O Q% R! x 另外,还有采用有机或无机方式在不锈钢表面形成保护膜的措施,保护膜致密而坚固,可以) U- P% z D5 n
同时起到保护和滑动摩擦的效果,各国都有研究,这对于既要保护表面又要做导向的结构有
* T# k* L# Y4 F: N- y5 w* q 帮助。具体方式参考不锈钢热浸涂层的问题。. m& v0 X. V& O
12 普通钢材可以采用热渗铝处理,Q235 钢材,热渗铝处理以后,耐海水腐蚀能力提高6倍,' v( S$ D9 }) I; S) G
腐蚀的形态主要为点蚀,腐蚀的速度随海水的温度升高而升高。实验数据有专门论述。渗铝 G9 b- c, r, N: V1 g& F* i8 y
时间为4-6小时,设计前要先问是否有设备。
8 \) L4 J0 n7 v: P2 |" v2 G, x' ^ 性能特点:
7 D- G8 a' F$ C& W; `' t4 U+ Q5 ] 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 b' I, R! _/ H p+ y$ t ?
二氧化硫、二氧化碳、煤气、氨水及海水腐蚀能力 5 g. r' r$ l: F: y! b
海水、深水设备设计经验总结8 V: l1 e4 D) l
1 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
6 a0 W+ q; |( i/ E 溅式使用等客观条件。+ t$ P5 @5 }0 r
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1 h3 X7 C" b. h
重而庞大,成本增加。0 ~6 w( Q% _: M7 C; h% q: Q0 i
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
. ^# l. D8 c- c2 D% p- l9 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。
% K s) c+ y0 ~( o! E) K, A4 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,
/ y5 \& c0 @ r4 ~/ P- z/ Z" T 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# n7 v# N) E0 n7 @" S# A+ G( _/ w: w
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。
" T7 m7 \6 R; D m$ ^. s2 n5 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
1 M) P2 L& j2 N+ I 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* d5 t! r" [1 f* h5 n
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$ Q! r; o, Q/ A% {3 f
保持敞开状态,即尽可能加大缝隙。, V: y0 x) B) R6 V! r7 C8 n- @: G# }
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6 D8 @9 ?, H+ ^9 ]/ }1 }
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7 z+ j; q$ x/ K6 c0 T0 B3 r
电化学腐蚀。+ A# u' }- ]& t W5 }8 B* V
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。
5 ] ^7 e+ c( l# B/ W 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
9 D, X. L O1 k; T% j6 v 整体使用寿命降低。
5 p4 D7 Q) L V& ?. {% _ 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,
# \5 N+ v+ o2 t( j- H 考虑腐蚀和寿命问题。+ f9 S+ g6 o; V' b z9 I; n4 K. x B
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 # R, Y2 J0 o: |, ]6 L" i
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9 `+ @9 \1 x* O; {7 R/ B+ V
有些类型其焊接性能较差,要特别注意焊接问题。
; p( a- E, D# y 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/ J9 c/ e; w" c- q/ ]/ }0 Q2 p9 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6 G! ^; f/ _0 Y3 u! b6 G
度,设计时必须非常重视。) P, ]7 w) S1 z
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。
+ _+ Y# _+ U& C4 `4 P- V 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5 Q& j1 ^9 ^+ V8 N
能。( v6 l& \4 p# O1 N! P
镍--铜类的莫耐尔合金,耐腐蚀能力好,但价格贵,看场合使用。( Q& I6 D0 p/ X( d1 e/ @% n
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" b9 X3 K* |8 F6 h8 h- I
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
6 Q; D9 } U q1 u# u 其他金属材料的问题。1 a9 T S/ n% |2 e- }" b
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
4 H3 Y1 s+ x! c/ o$ \& |4 r 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 ' v# E' }5 @' U- E
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
: E# `' l0 L" F0 H 寿命,设计时按使用寿命加以考虑,数据可以查表。! U H. j' C& V2 Q/ L
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,
0 Q: r* q% k5 _, z( ] 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5 v, ?1 Z" a- _, K+ M- O/ `% D
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, & g! L$ a( J, H* c* t- X2 l
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
! N4 d7 k4 N2 [$ z 用5年,这样可以在使用周期到达之前做妥善处理。
+ [8 ?% z( V8 T* n" {" N+ H 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 ' m, J; P! D$ V* P
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。! ?; N8 @1 F* u$ D, }' m
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