金屬材料根據(jù)腐蝕形態(tài)分類 按腐蝕形態(tài)分類,可分為全面腐蝕(又稱均勻腐蝕)、局部腐蝕(點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕)和應(yīng)力腐蝕三大類。
1. 均勻腐蝕(uniform corrosion)
均勻腐蝕(又稱全面腐蝕)是指在整個(gè)合金材料表面上以比較均勻的方式所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。其形貌特征是發(fā)生全面腐蝕時(shí),材料的厚度逐漸變薄,甚至腐蝕穿透。
全面腐蝕是機(jī)械設(shè)備在實(shí)際使用中發(fā)生失效的基本形式。全面腐蝕代表材料總的重量損失。這種腐蝕可以通過簡單的浸泡試驗(yàn),或查閱腐蝕方面的文獻(xiàn)資料,或憑生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)加以預(yù)測,便于估計(jì)設(shè)備的壽命。在選用耐蝕材料時(shí),其全面腐蝕性能是耐蝕性的最基本要求。 均勻腐蝕試驗(yàn)最常用的是重量法,即將試樣置于試驗(yàn)介質(zhì)中,經(jīng)一定時(shí)間后測量其重量變化,求出其腐蝕速率,標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10124-1998《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》
2. 點(diǎn)腐蝕 (pitting corrosion)
鈍化型金屬之所以能抗腐蝕乃是由于其表面能形成一層具有保護(hù)性的鈍化膜。然而,一旦這層鈍化膜遭到破壞,而又缺乏自鈍化的條件或能力,金屬就會發(fā)生腐蝕,如果腐蝕僅僅集中在設(shè)備的某些特定點(diǎn)域,并在這些點(diǎn)域形成向深處發(fā)展的腐蝕小坑,而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現(xiàn)象,稱為點(diǎn)腐蝕。
點(diǎn)腐蝕的試驗(yàn)方法主要有電化學(xué)法和化學(xué)浸泡法。
電化學(xué)法主要是測量試樣的不銹鋼擊穿電位。其標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17899-1999《不銹鋼點(diǎn)蝕電位測量測量方法》
化學(xué)浸泡法主要是采用三氯化鐵溶液進(jìn)行點(diǎn)腐蝕化學(xué)加速試驗(yàn)。其標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17899-1999《不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)方法》。
3. 晶間腐蝕 (intergranular attack)
晶粒間界是結(jié)晶方向不同的晶粒間紊亂錯(cuò)合的界域,因而,它們是金屬中各溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物(如碳化物和σ相等)沉淀析出的有利區(qū)域。在某些腐蝕介質(zhì)中,晶粒間界可能先行被腐蝕。這種沿著材料晶粒間界先行發(fā)生的腐蝕,使晶粒之間喪失結(jié)合力的局部破壞現(xiàn)象,稱為晶間腐蝕。
常用的不銹鋼和合金鋼的晶間腐蝕試驗(yàn)方法有:草酸電介浸蝕法GB/T4334.1-2000《不銹鋼10%草酸浸蝕試驗(yàn)方法》,硫酸-硫酸鐵法GB/T4334.2-2000《不銹鋼硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗(yàn)方法》,沸騰硝酸法GB/T4334.3-2000《不銹鋼65%硝酸腐蝕試驗(yàn)方法》,硝酸-氫氟酸法GB/T4334.4-2000《不銹鋼硝酸-氫氟酸腐蝕試驗(yàn)方法》,硫酸-硫酸銅法GB/T4334.5-2000《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法》。
晶間腐蝕試驗(yàn)方法的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及需要而定。大致原則是:一般介質(zhì)采用硫酸-硫酸銅法;65%硝酸法不輕易使用,主要用于60℃到沸點(diǎn)的稀硝酸介質(zhì)和合成尿素介質(zhì);含Mo不銹鋼一般用硝酸-氫氟酸法;10%草酸法主要用作其他方法篩選之用。
4. 縫隙腐蝕(crevice corrosion)
縫隙腐蝕是在電介質(zhì)溶液中(特別是含有鹵素離子的介質(zhì)),在金屬與金屬或非金屬表面之間狹窄的縫隙內(nèi),由于溶液的移動(dòng)收到阻滯,在縫隙內(nèi)溶液中氧耗竭后,氯離子即從縫隙外向縫隙內(nèi)遷移,又由于金屬氯化物的水解自催化酸化過程,導(dǎo)致鈍化膜的破裂,因而產(chǎn)生與自催化點(diǎn)腐蝕相類似的局部腐蝕。它可能破壞機(jī)械連接的整體性和密封性,給設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的障礙或失效,甚至出現(xiàn)破壞事故。
縫隙腐蝕通常發(fā)生在一些電解質(zhì)溶液(特別是含有鹵素離子時(shí))停滯的縫隙中或屏蔽的表面內(nèi)。在通用機(jī)械設(shè)備中,法蘭的連接處,與鉚釘、螺栓、墊片、墊圈(尤其是橡膠墊圈)、閥座、松動(dòng)的表面沉積物以及附著的海洋生物等相接觸處,還有列管換熱器脹管間隙處等,都容易發(fā)生縫隙腐蝕。需要指出的是,即使沒有氯離子存在,也可能產(chǎn)生縫隙腐蝕。
其常用的試驗(yàn)方法有:三氯化鐵化學(xué)浸泡和電化學(xué)方法兩種。
三氯化鐵化學(xué)浸泡法標(biāo)準(zhǔn):GB/T10127-1998《不銹鋼三氯化鐵縫隙腐蝕試驗(yàn)方法》。
5. 應(yīng)力腐蝕(Stress Corrosion)
機(jī)械設(shè)備零件在應(yīng)力(拉應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下,將出現(xiàn)低于材料強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象,導(dǎo)致設(shè)備和零件失效,這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂。
根據(jù)介質(zhì)的主要成分為氯化物、氫氧化物、硝酸鹽及含氧水等,而分別稱為氯裂(氯脆或氯化物開裂)、堿裂(堿脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。
應(yīng)力腐蝕開裂與單純由機(jī)械應(yīng)力造成的開裂不同,它在極低的負(fù)荷應(yīng)力下也能產(chǎn)生開裂;它與單純由腐蝕引起的開裂也不同,腐蝕性極弱的介質(zhì)也能引起應(yīng)力腐蝕開裂。其全面腐蝕常常很輕,而且沒有變形預(yù)兆,即發(fā)生突然斷裂,應(yīng)力腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)中危害性最大的一種惡性腐蝕類型。
機(jī)械設(shè)備和部件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)必需同時(shí)滿足材料、環(huán)境、應(yīng)力三者的特定條件。根據(jù)應(yīng)力加載的方法不同,應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法主要分為四類:
a. 恒變形法
給予試樣一定的變形,對其在試驗(yàn)環(huán)境中的開裂敏感性進(jìn)行評定。
b. 恒載荷法
即把單軸拉伸型的試樣沿軸向施加應(yīng)力,在腐蝕介質(zhì)中試驗(yàn),比較斷裂時(shí)間的長短,或利用應(yīng)力與斷裂時(shí)間的關(guān)系曲線,來提出應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力σscc。
c. 慢應(yīng)變速率法
是在專門設(shè)計(jì)的慢應(yīng)變速率應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)上,使試樣在腐蝕介質(zhì)中以一定的應(yīng)變速度拉伸,直至斷裂。分析試樣的破斷情況和斷口特征等,以評定其應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。
d. 斷裂力學(xué)法
使用楔形張開加載型試樣進(jìn)行研究,以預(yù)先制有裂紋的試樣給以各種K值,測定裂紋停止擴(kuò)展的臨界值KISCC。
其標(biāo)準(zhǔn)有:GB/T4157-1984《金屬抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂恒負(fù)荷拉伸試驗(yàn)方法》GB/T17898-1999《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》 GB/T10126-1988《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》。
可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的金屬材料-環(huán)境的組合主要有以下幾種:
①. 奧氏體不銹鋼 氯離子、氯化物+蒸氣、硫化氫、堿液等;
②. 碳鋼及低合金鋼 介質(zhì)為堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸;
③. 含鉬奧氏體不銹鋼 堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅的水溶液等;
④. 黃銅 氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等;
⑤. 鈦 含鹽酸的甲酸或乙醇、熔融氯化鈉;
⑥. 鋁 濕硫化氫、含氫硫化氫、海水。