设备腐蚀与防护课程论文[03版].晶间腐蚀 目录自动生成版

《设备腐蚀与防护》 课程论文 晶间腐蚀 班级： 学号： 序号： 姓名: 目录 第一章  前言    1 1.1腐蚀的介绍    1 1.2.1化学腐蚀    1 1.2.2电化学腐蚀    2 1.2.3全面腐蚀    2 1.2.4局部腐蚀    2 第二章  晶间腐蚀    2 2.1  晶间腐蚀的特征及机理    2 2.1.1  晶间腐蚀的特征    2 2.1.2  晶间腐蚀的机理    4 2.1.3  几种特殊材料的晶间腐蚀    6 2.2产生晶间腐蚀的条件    8 2.3影响晶间腐蚀的因素    8 2.4防止晶间腐蚀的措施    9 第三章  结论及 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf     10 参考文献    11 晶间腐蚀 第一章  前言 1.1腐蚀的介绍 腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。各种机器、设备、桥梁在大气中因为腐蚀而生锈；舰船、沿海的港工设施遭到海水和海洋生物的腐蚀；埋在地底下的输油、气管道和地下光缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；各种酸碱盐对设备的腐蚀。腐蚀造成的危害也十分惊人。世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%，我国目前尚缺乏全国性的数字仅根据化工部门十个化工厂的调查，由于腐蚀造成的经济损失为当年生产总值的3-4%更为严重的是由于腐蚀造成的设备破坏而引起的公害甚至发生中毒、火灾或爆炸等恶性事故。 金属材料受周围介质的作用而损坏,称为金属腐蚀.金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态.腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态.这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故.美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元,占当年国民经济生产总值的4.2％.据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10~20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算. 1.2腐蚀的分类 按照腐蚀的机理可将金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类： 1.2.1化学腐蚀 化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生的化学作用而引起的破坏。其过程是一种纯氧化和还原的纯化学反应。反应过程中没有电流产生，其过程符合化学动力学规律。 1.2.2电化学腐蚀 电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生的电化学作用而引起的而破坏反应同时有阳极失去电子、阴极获得电子以及电子的流动，其历程服从电化学动力学的基本规律。 按金属破坏的特点可分为全面腐蚀和局部腐蚀： 1.2.3全面腐蚀 全面腐蚀是指腐蚀发生在整个金属表面上，它可能是均匀的也可能不是均匀。 1.2.4局部腐蚀 局部腐蚀是指腐蚀集中在金属的局部地区，而其他部分几乎没有腐蚀或腐蚀很轻微；晶间腐蚀（intercrystalline corrosion）就是一种典型的局部腐蚀。 第二章  晶间腐蚀 2.1  晶间腐蚀的特征及机理 2.1.1  晶间腐蚀的特征 晶间腐蚀是一种为电池作用而引起的局部破坏现象，是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料晶间产生的腐蚀。晶间腐蚀并不是一定要发生在焊接结构上，但是焊接结构的焊缝晶间腐蚀却是生产上常见的腐蚀破坏形式之一。常用的金属与合金基本上都是多晶体结构，其表面上有大量晶界，而晶间区仅有500nm以下，腐蚀沿着如此狭窄的部位向纵深发展，肉眼是无法辨认的。因此，晶间腐蚀的特征是：在表面还看不出破坏时晶粒间已几乎完全丧失了结合强度，并失去金属声音，严重时只要轻轻敲打即可破碎，甚至形成粉状，特别是不锈钢材料，有时即使晶间腐蚀已发展到相当严重的程度，其表观仍然保持光亮无异的原态。所以，这是一种危害性很大的局部腐蚀。 图一：奥氏体不锈钢晶界上析出Cr示意图 图三：纳米显微镜下观察的晶间腐蚀 图四：晶间腐蚀示意图 2.1.2  晶间腐蚀的机理 将奥氏体不锈钢1Cr18Ni9加热至1050~1150℃固溶碳的固溶度为0.10~0.15%，随后进行淬火，经固溶处理的1Cr18Ni9钢是一种碳过饱和体，不会产生晶间腐蚀。在700~800℃温度范围内，碳的固溶量不超过0.02%，过饱和的碳要全部或部分从奥氏体中析出，这时碳将扩散到晶界处，并与晶界处的铁和铬化合生成含铬量高的碳化物Cr23C6，消耗了晶界区的铬，而铬在晶粒内部的扩散速度比其在晶界处的扩散速度要慢得多，来不及补充晶界区消耗的铬，因此在晶界区形成贫铬区。   贫铬理论被大家光广泛用来解释奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的原因和机理，其主要观点是：奥氏体不锈钢在450~850℃长时间加热，例如焊接时焊缝两侧2~3mm将被加热到这个温度范围的所谓晶间腐蚀敏化区，此时晶间的铬和碳化合（Cr、Ni、Fe）4C、（Cr、Ni、Fe）7C或Cr23C6,从固溶体中沉淀出来，生成的碳化物，每百分之一C大约需要10%~20%Cr导致晶间Cr的含量降低。这是由于晶内与晶间的元素存在梯度晶内的碳及铬将同时向晶间扩散，但是在450~850℃时Cr比C的扩散速度慢，因此进一步形成的碳化铬所需要的Cr都来自晶粒边缘，导致靠近的薄层固溶体的严重缺铬，使铬量降到钝化所需要的最低含量（11%）以下。这样，当与腐蚀性介质接触时，晶间贫铬区相对碳化物和固溶体其他部分将形成小阳极对大阳极的微电池，而发生严重的晶间腐。 晶间贫铬既然固态下原子扩散的结果，故除化学成分外，温度和时间亦将影响贫铬状态。温度与时间的作用关系如下图所示。 图五  晶间腐蚀与温度、时间的关系 由于温度影响扩散能力，当温度很低时，碳原子等没有足够的扩散能量，不会析出碳化物；当温度很高时，例如超过1000℃，碳化物可能会析出，但是很快又会重新溶入奥氏体中，因此都不会造成晶间贫铬。只有当处于450—850℃的敏化温度范围时最容易产生晶间腐蚀，其中的700—750℃的温度区最为危险。 时间浓度梯度。即使处于450—850℃温度区，若经历时间很短，碳来不及扩散到边界，贫铬亦不致发生，如图示的“一次稳定区”。反之，若时间很长，则铬会充分扩散到晶界进行补充，使晶间的贫铬消失或至少达到钝化所需要的铬浓度即出现“二次稳定状态”，晶间腐蚀也不会发生。而出于两种状态之间的时间内为不稳定状态，将产生晶间腐蚀。 2.1.3  几种特殊材料的晶间腐蚀 1、铁素体不锈钢晶间腐蚀 铁素体不锈钢是种要求在高、低温时均无g相而仅具a相的钢。晶间腐蚀特点是，        导致其具有晶间腐蚀倾向的敏化处理以及抑制或消除其晶间腐蚀倾向的处理条件正好 与奥氏体不锈钢的情况相反。 因为在铁素体中，铬的迁移速度要比在奥氏体不锈钢中要快得多，所以即使自高 温快速冷却，铬的碳化物也能析出，造成贫铬区，引起晶间腐蚀。但如果在700~800摄氏度退火，将使亚稳相Cr23C3转化为稳定相Cr23C6，同样能使铬分布趋于均匀，从而消除晶间腐蚀的倾向。 2、铝合金的晶间腐蚀    图六  铝合金的晶间腐蚀 在以上两种处理工艺，杂质Fe含量对高纯铝的晶间腐蚀趋势影响相反。 原因：水淬时铁是以固溶体形式存在，使得晶粒为阴极，而炉冷时杂质铁是以第二相形式存在使得晶粒为阳极。 3、不锈钢焊接晶间腐蚀：焊缝腐蚀 奥氏体不锈钢虽然是一种焊接性能非常优良的钢种，但它在焊接时，相对于焊接热影响区的母材再一次加热，所以在熔合线附近，引起碳化物的析出，导致严重的晶间腐蚀。 2.2产生晶间腐蚀的条件 1金属或合金中含有杂质，或者有第二相沿晶界析出。2晶界与晶粒内化学成分的差异，在适宜的介质中形成腐蚀的电池，晶界为阳极，晶粒为阴极，晶界产生选择性溶解。3有特定的腐蚀介质存在。在某些合金-介质体系中，往往产生严重的晶间腐蚀。例如奥氏体不锈钢在弱氧化性介质（如充气海水）或强氧化性介质（如浓硝酸）的特定腐蚀介质中，可能产生严重的晶间腐蚀。 2.3影响晶间腐蚀的因素 1、热处理温度与时间的影响：不锈钢在能够产生晶间腐蚀的电位区，是否产生晶间腐蚀以及腐蚀程度如何，都由钢的热处理 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 对晶间腐蚀的敏感性所决定，即取决于受热的程度、时间及冷却速度。 2、合金成分的影响：2.1碳对晶间腐蚀有重大影响，随着含碳量增高，晶间腐蚀倾向愈严重。不仅使产生晶间腐蚀倾向的加热温度和时间范围扩大，而且晶间腐蚀程度加重、固溶温度升高。2.1铬、镍、钼、硅：Cr、Mo含量增高，可降低C的活度，有利于减弱晶腐蚀倾向；Ni、Si等是不形成碳化物的元素，会提高C的活度、降低C在奥氏体中的溶解度，促进碳化物的析出。2.3钛、铌：对于抗晶间腐蚀是有益的，因为它们同C的亲和力大于Cr同C的亲和力。为阻止碳化铬的形成，首先将不锈钢加热到1100 ℃以将所有碳化物溶解进入奥氏体中，然后冷却到900 ℃保温几个小时让Ti或Nb与碳充分反应。在以后的碳化铬析出温度范围内加热就没有碳化铬形成。合金成分的影响： 2.4防止晶间腐蚀的措施 生产中常通过合金化、热处理及冷加工等措施来控制合金晶界的吸附及晶界的沉淀，以提高耐晶间腐蚀性能。如降低含碳量；加入适量的钛和铌；适当热处理；采用适当的冷处理，采用双向合金等。 1. 固溶处理．加热到１０５０-１１５０度，使焊接时析出的碳花铬重新分解溶入奥氏体内，再在水中冷却，即经淬火进入一次稳定区．此法工艺比较复杂，且构件淬火易变形，仅适宜小工件． 2. 稳定化退火．加热到８５０-９００度保温２-５h后空冷，因为在这个温度内，元素在金属中的扩散相当迅速，使晶粒各处的铬量均匀，进入二次稳定区． 3. 超低碳法．控制焊缝的含碳量低于０.０４％，可大大降低碳化铬的析出量．随着冶炼技术的提高，现在超低碳不锈钢的应用日益广泛． 4. 合金化法．加入钛，铌等比铬亲碳能力更强的合金元素，使用碳与这些合金元素优先形成碳化物析出．起到稳定奥氏体内铬含量的作用，避免了贫铬．这些元素中，以钛最好，因为它能同时起到细化晶粒的作用． 5. 调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等； 减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在0。04%以下，称为“超低碳”不锈钢，就可以避免铬的碳化物生成；工艺措施，控制在危险温度区的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。 第三章  结论及总结 工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀： （1）降低钢中的碳量，使钢中合碳量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度，即从根本上解决了铬的碳化物（Cr23C6）在晶界上析出的问题。通常钢中合碳量降至0.03％以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要求。 （2）加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物（TiC或NbC）的元素，避免在晶界上析出Cr23C6，即可防上奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。 （3）通过调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有奥氏体+铁索体双相组织，其中铁素体占5％一12％。这种双相组织不易产生晶间腐蚀。 （4）采用适当热处理工艺，可以防止晶间腐蚀，获得最佳的耐蚀性。 2、奥氏体不锈钢的应力腐蚀应力（主要是拉应力）与腐蚀的综合作用所引起的开裂称为应力腐蚀开裂，简称SCC（Stress Crack Corrosion）。奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀。当合Ni量达到8％一10％时，奥氏体不锈钢应力腐蚀倾向性最大，继续增加含Ni量至45％～50％应力腐蚀倾向逐渐减小，直至消失。防止奥氏体不锈钢应力腐蚀的最主要途径是加入Si2％～4％并从冶炼上将N含量控制在0.04％以下。此外还应尽量减少P、S b、Bi、As等杂质的含量。另外可选用A-F双用钢，它在氯离子和OH-介质中对应力腐蚀不敏感。当初始的微细裂纹遇到铁素体相后不再继续扩展，铁素体含量应在6%左右。 3、奥氏体不锈钢的形变强化单相的奥氏体不锈钢具有良好的冷变形性能，可以冷拔成很细的钢丝，冷轧成很薄的钢带或钢管。经过大量变形后，钢的强度大力提高，尤其是在零下温区轧制时效果更为显著。抗拉强度可达2000 兆Pa以上。这是因为除了冷作硬化效果外，还叠加了形变诱发M转变。奥氏作不锈钢经形变强化后可用来制造不锈弹簧、钟表发条、航空结构中的钢丝绳等。形变后若需焊接，则只能采用点焊工艺、形变使应力腐蚀倾向性增加。并因部分γ->M转变而产生铁磁性，在使用时（如仪表零件中）应予以考虑。再结晶温度随形变量而改变，当形变量为60％时，其再结晶温度降为650℃冷变形奥氏体不锈钢再结晶退火温度为850～1050℃，850℃则需保温3h，1050℃时透烧即可，然后水冷。 4、奥氏作不锈钢的热处理奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、稳定化处理和去应力处理等。 （1）固溶处理。将钢加热到1050～1150℃后水淬，主要目的是使碳化物溶于奥氏体中，并将此状态保留到室温，这样钢的耐蚀性会有很大改善。如上所述，为了防止晶问腐蚀，通常采用固溶化处理，使Cr23C6溶于奥氏体中，然后快速冷却。对于薄壁件可采用空冷，一般情况采用水冷。 （2）稳定化处理。一般是在固溶处理后进行，常用于含Ti、Nb的18-8钢，固处理后，将钢加热到850～880℃保温后空冷，此时Cr的碳化物完全溶解，脱而钛的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 出，使碳不可能再形成格的碳化物，因而有效地消除了晶间腐蚀。 （3）去应力处理。去应力处理是消除钢在冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺一般加热到300～350℃回火。对于不含稳定化元素Ti、Nb的钢，加热温度不超过450t，以免析出铬的碳化物而引起晶间腐蚀。对于超低碳和合Ti、Nb不锈钢的冷加工件和焊接件，需在500～950℃,加热，然后缓冷，消除应力（消除焊接应力取上限温度），可以减轻晶间腐蚀倾向并提高钢的应力腐蚀抗力。 5、奥氏体-铁素体双相不锈钢在奥氏作不锈钢的基础上，适当增加Cr含量并减少Ni含量，并与回溶化处理相配合，可获得具有奥氏体和铁素体的双相组织（含40～60％δ-铁素体）的不锈钢，典型钢号有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、OCr21Ni6Mo2Ti等。双相不锈钢与里氏体不锈钢相比有较好的焊接性，焊后不需热处理，而且其晶间腐蚀、应力腐蚀倾向性也较小。但由于含Cr量高，易形成σ相，使用时应加以注意。 参考文献 1. 化工部化工机械研究院主编  《腐蚀与防护手册》北京：化学工业出版社，1990 2. 闫康平 陈匡民 主编《过程装备腐蚀与防护》北京：化学工业出版社，2009 3. 中国腐蚀与防护学会《金属高温氧化和热腐蚀》北京：化学工业出版社，2003 4. 魏宝明主编《金属腐蚀理论及应用》北京：化学工业出版社，1984