材料腐蚀的一些数据
! Z" E7 f* ]2 J! f0 T7 N1 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,7 n7 W' z/ c* Y, E+ ]! G: u
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,
! Q& Z1 l, l2 s3 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,
& k5 u( ]( h) A& ` 具体腐蚀特性可以看区域图。
& U Z" `/ W# b" j3 f. a' Y* d4 腐蚀的类型有:/ s3 m, ^( w7 a1 C
均匀腐蚀,一般碳钢,0.2 毫米/年,
' Z* q& t( M" H8 |& L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。
* X5 Z3 @1 o9 Q- w8 i, m4 G/ 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,
9 M$ H6 r( V+ C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。
5 F7 Q$ c0 Y: U/ o& b. h4 X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。
% I/ j, }6 {2 p* ~1 }, }5 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。
; q, p4 X, L+ ?: y/ F6 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
) U7 E( f. z5 C7 p 本高。' k1 H7 ^- O: ~; }+ W- u' B, B
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" i7 I1 `" d" D6 {- @# N& F
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。5 k! r! Z+ \. a# J) r. x
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
" j) x# _4 |. P( [: P1 T1 |8 Y 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
P" i/ u! V, r4 W% E 一定使用寿命。青铜的腐蚀问题有专门叙述,可以参考。- Y2 o4 t8 Z- U G: i3 |8 w. \( h
9 一般耐海水腐蚀的钢材,如10CrMoAl 等,初始腐蚀小于一般碳钢,但4年以后,平均腐蚀速9 p- k' a6 \" }7 Q* g; N( E! X
度大于碳钢,这种现象称为‘腐蚀逆转’。哪种材料有‘腐蚀逆转’要看具体材料和实验数据。
7 T* ^# {* ~; F6 X! O 关于10CrMoAl 等材料,使用的时候有专用文件夹有全部资料。包括材料性能与焊接,设计前
& C6 i6 `% [7 \/ W$ A 参考。
( W `. G9 m8 m10 不锈钢在海洋环境普遍被采用,从阀门到螺旋桨都有,不锈钢的腐蚀,主要是点蚀和缝隙腐
& i; _/ Y. q- I3 L 蚀,不锈钢的晶间腐蚀和应力腐蚀不常见。是否发生腐蚀与材料成分与使用环境有非常大的
4 M9 Z) y J0 Q3 J5 r! V 关系,总体说,不锈钢在海洋大气暴露中表现比较好,一般是轻点蚀,但在海水全浸区,18-8) w6 P- G/ ?1 V5 p3 z5 D
类不锈钢有严重的腐蚀。当流速大于1.2 米/秒时,由于供氧充分,点蚀减弱。当发生高流速
9 e2 G% ~( K! T0 A 的时候,一般为缝隙腐蚀。
' h3 J; a# R3 J# B, Q- r3 v 60年代开发的耐海水腐蚀的不锈钢以AL-6X为代表,为20Cr—24Ni—6.5Mo 成分。现在有新* l$ V5 a: z( H, G( L" G
型号。在飞溅区的腐蚀是一个特殊研究范围,1Cr18Ni9Ti ,00Cr19Ni10,等耐腐蚀性能都很 / N8 s! W6 l' q( C
好。点蚀发生和点蚀孔径随时间增加而增加,当暴露16年,点蚀深度可达0.2 毫米。
2 Y9 Z( P& }. y& t$ c" [# y 当不锈钢在海水腐蚀中的稳定腐蚀电位较正,耐腐蚀能力较好,电位较负,耐腐蚀能力较差。 ! S3 l* E4 _5 v/ I
表现为低碳的耐腐蚀能力较好。
/ N' e6 Q" U$ x( v 采用双向不锈钢也是对抗腐蚀的有效措施。奥氏体对氯离子的腐蚀能力较差。要特别注意。
+ ?) p1 I& z/ _% L( I11 海洋环境防腐种类很多,喷锌铝证明是非常有效的措施。使用寿命一般可达16年。一般设计
7 }2 K6 y! p* l$ N 寿命为10—20年。具体要考虑热喷涂的设备,孔隙率等多种因素,孔隙还要考虑封闭措施, + x3 D( |8 ?( Z4 A7 O: s
封闭种类很多,比如环氧封闭,但要具体考虑其工艺性。
4 @9 ?" y" c5 o% d) f. ~1 N 另外,还有采用有机或无机方式在不锈钢表面形成保护膜的措施,保护膜致密而坚固,可以
/ b; D* |* W' h+ ?# r9 d) Q! j 同时起到保护和滑动摩擦的效果,各国都有研究,这对于既要保护表面又要做导向的结构有" _ m/ O2 o& k
帮助。具体方式参考不锈钢热浸涂层的问题。 B% c. d }! K: m5 U* l
12 普通钢材可以采用热渗铝处理,Q235 钢材,热渗铝处理以后,耐海水腐蚀能力提高6倍,& _. X; ]- Y7 K; g" ?
腐蚀的形态主要为点蚀,腐蚀的速度随海水的温度升高而升高。实验数据有专门论述。渗铝6 o |, E, }# X) ^4 y8 Z
时间为4-6小时,设计前要先问是否有设备。
) M4 r2 W z/ N' e9 l4 O 性能特点:. I: d; ^4 Z: P
表面铝含量≥20%,渗层厚度0.05-0.5mm,抗高温氧化可至800℃,显著提高钢铁抗硫化氢、
; u2 r: f( @& r. A5 | 二氧化硫、二氧化碳、煤气、氨水及海水腐蚀能力
/ y% b; g1 Q" Z/ \2 d海水、深水设备设计经验总结
) H, n7 n* o8 f/ J1 严格分析使用工况及实际使用条件,水深、水质、地域环境、浸入式使用、飞 1 k7 n C" c; w& k. q! ]
溅式使用等客观条件。
0 _% k1 T9 f/ a5 N2 使用寿命的确定,腐蚀与寿命有很大关系,过长的设计使用寿命将使得设备笨
6 j, i/ Z7 Y2 I# ~3 a 重而庞大,成本增加。
7 G5 w7 A5 [+ r7 \) |* b8 d3 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 3 M2 t# b) p( V; i
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 x# e5 W6 Z; E2 @. @- E' |
4 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,# G4 C/ L; q5 N
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
h- V- ~; c- @4 v/ v% r2 ]0 S$ C 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。7 w! w" Y% M 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
5 n5 j5 V, m! ~, 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
' G5 C' v! a0 }6 f/ I/ p 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' N: M; @2 m/ \9 D) g1 x
保持敞开状态,即尽可能加大缝隙。
. ?* g1 s3 v: I" u 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
& H$ D' F3 G3 F0 T3 M! e 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- x1 d$ v8 p) n) c- x9 O W
电化学腐蚀。
& w* R3 d# u/ n3 h$ |- c3 x' t+ b' J 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。
) `6 _8 Q9 U; H6 E" v! E. ? 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 V& w$ R2 l( w 整体使用寿命降低。! {$ X+ Y% D: S
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,
8 a3 f2 D+ n n; @2 o7 j 考虑腐蚀和寿命问题。3 q b' J* g& t9 ^; t# i
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 4 v. c" g3 d' y" V' h/ `8 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
5 m7 ?; t% i4 J# R 有些类型其焊接性能较差,要特别注意焊接问题。
$ a% J# F5 X$ W. m% F) R% H7 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& `3 l( d3 ?5 d; U3 R% [
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
# c6 {( o! U1 }# \5 t8 g 度,设计时必须非常重视。6 y, ^$ \2 \5 O# r) V4 D+ H
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。# M0 h* @$ S1 f0 h- J
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6 u9 h7 \/ `4 p, c d2 ]
能。
5 u, b$ m$ c& v& e" Z( P4 F 镍--铜类的莫耐尔合金,耐腐蚀能力好,但价格贵,看场合使用。4 u7 [" C2 H6 R. \
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; S I7 v! G e
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
9 J- ?0 Z3 d# }* T, w+ Y 其他金属材料的问题。
6 v0 L# E' g7 f, d1 C6 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0 D8 T) o( y$ ~3 |& c: l5 c8 M0 a
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
! p9 T- C/ w ?" a; T 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) p* }/ O- }9 z7 @! e2 G" z z, f
寿命,设计时按使用寿命加以考虑,数据可以查表。7 W+ v" b7 A6 n0 k# S
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,
( p; [2 O/ c8 ?# u* ]6 G 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+ ]7 z8 l& p X5 N/ N$ Z3 e
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, ! V4 G. a# M! U. g: o: z) g
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* c5 O6 o' @& k- t% d9 p
用5年,这样可以在使用周期到达之前做妥善处理。
9 |) Q8 \! ?6 V' f) A. a 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 1 @5 c; J6 j1 z7 _- T& Z
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。( I+ m5 c* f! F6 y8 D6 E
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