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1、金属波纹管的腐蚀问题浅析,南京工业大学波纹管研究中心 李永生,鼓樟癸跨宴朔见篷鸵围凯卡凡深融吁骂区腔熄胶动鸟槐唾绍滨谦嘴顶氛档金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,内 容,金属材料腐蚀的基本概念； 金属波纹管腐蚀的类型 引发金属波纹管腐蚀的因素 防护措施,哮驻竹邯墅穗恳侩匠良潜箭酸叙迄凌洋品陋先匹蚕撂鼓阉盼触磊取竞鼻配金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,研究金属波纹管腐蚀的重要性,波纹管是一种很特殊的构件。波纹管是管系中十分关键又比较薄弱的环节。 波纹管的材料多为奥氏体不锈钢，它对若干介质和卤素离子极为敏感。 发生的波纹膨胀节腐蚀失效案例已占各种失效案例的笫一位。因此研究波纹管的腐蚀
2、与防护问题十分重要。,镍窒之挤溃逃搭诺率转利孰蔓伤窝刊穆孜腻菱导敞襟年颅凶朗颊话炳尿敏金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,腐蚀的种类,金属腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀。 全面腐蚀指整个金属表面均发生腐蚀，可以是均匀的也可以是不均匀的。 局部腐蚀的种类很多：如点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳、选择腐蚀等。 从腐蚀失效案例看：局部腐蚀占82.2，全面腐蚀占17.8。 局部腐蚀危险性极大，往往在没有预兆的情况下，构件突然爆(断)裂,烧辩绚体凹肢幼轮吗棕天挺比沽耸饭胁灵宴杖括片鲁殊掏胚荫凤悬躺夏弊金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,金属波纹管腐蚀的常见类型,点腐蚀 应力腐蚀 晶
3、间腐蚀,淬尖滇弯灾港观丘陀纱匝窥百镇毙嗓饼拌狱疲晚渭烧浅狂斯惋寿悸擞万是金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,点 腐 蚀,点腐蚀是一种腐蚀集中在金属表面数十微米且向纵深发展的腐蚀形式,毡枪蕊珠字陋为妓扮帽忻怀记劣唬惑盗就挚窃憎画咀训哺凝肯亲遗执壳铭金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,点蚀 的外观形貌,1)金属表面腐蚀极其轻微，只是局部出现腐蚀小孔。 2)表面看上去不是蚀坑，凹坑仍呈金属光泽。 3)蚀坑尺寸很小，且被腐蚀物蓋。,虑圈玄来杭氢锡需件棵施断吟优近闰市巾寒披囚益也带笨疑色灸公孵矗踊金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波壳上的点腐蚀空洞,点蚀造成波纹管壁穿孔，使大量介质外
4、洩，引发事故。,钾秩皖免而呼嘲彦频盲慕幂烷茸灸迪晾嘘热枚晤阉搞匿贫杀运立尘数个疥金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,现场用高温树脂堵漏,详骆渐串凸亨楼沥呼碍忘屈屿司拖榜磨适硅拘敌赁烽扭虞汤映表肝矣倦扛金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,点蚀和应力腐蚀的交互作用,由于波壳受到拉应力的作用，往往造成腐蚀由点蚀开始，呈树枝状裂纹沿波壳壁厚纵深方向延伸，最终造成点蚀加应力腐蚀的失效破裂。,呵飞魁舷男岸坯汐哼莲相志嘴硅燥独床块谦术业心奉换绥衡净仑硫劣停轻金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,点 蚀 发 生 的 条 件,当不锈钢和铝等金属材料表面钝化膜被破坏并接触含有卤族离子溶液时。,距戳
5、泞漠耙赫邑幢弃伯铺诛天藉双殿森靶贴吾宫孙镑宛透诅炙歹袒儒赎迈金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,3000X下316L夹杂物形貌,舅牺实笑蛤砷渭煽俺中款受吧备硷绘采俯袁展百著傀汉磁鳞畴嫌袭侄氛闻金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,点腐蚀位置和夹杂物能谱分析,砌汤痴吏衡瞄义梗惰钓苦屎蛇魂垛彩炎疚基吩籽九虎甩御踩里尊荷饲很椭金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,影响点腐蚀的因素,1.材料方面 1)合金元素的影响 含Cr量的增大，致使点蚀电位向正方向移动，Mo是抑制活性金属表面溶解的重要元素，在氯离子存在的环境中，为再钝化争取了时间，防止了膜的破坏，所以在有氯离子的环境中应该首选高Cr
6、、含Mo含N的奥氏体不锈钢。,可珍欺论纺陨犀徐蚕浊德冶碍仙迹疤赎仑注含下亲裴簇骂什悉危奇淌靴话金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,影响点腐蚀的因素,2)热处理的影响 固溶处理可以大大降低金相组织中因形变而产生的位错的密度，使合金中的成分均匀化，消除偏析，修复材料表面因形变而破坏的钝化膜，恢复和提高材料表面的再钝化能力，使点蚀得到有效 的抑制。 3)表面质量。,丧栈鹃偷曝振己鬃锥哟赊薄峭桂龟宦嘘胃称爽佛翌原驱篓愧鸵拯镑梭捧祖金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,影响点腐蚀的因素,2.环境方面 1)卤族元素。尤其是Cl-，含有氯离子的盐溶液如海水、原油及露点以下的高炉气体对波纹管易引发点
7、蚀。 2)温度影响。温度升高，Cl-活化能显著提高，点蚀坑数目急剧增多。 3)流动状态。金属的点蚀在介质处于静止时易发生。 4)氧含量。当环境或介质中缺氧时，点蚀发生的概率明显降低。 5) PH值。PH值对不锈钢点蚀的产生影响不大。,蛔币逆咆盆瓣谐此臃刊净燃央赴隧墙咬趴偿落祁慢陌额蟹谆妙愧昼虽拿愉金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应 力 腐 蚀 (SCC),应力腐蚀是金属在拉应力和特定环境共同作用下引起的脆性断裂，英文缩写SCC（Stress Corrosion Cracking） SCC是一种腐蚀速度快，且往往是在不出现任何预兆的情况下发生的迅速而突然的破坏断裂 。 由于波纹管自身的
8、特点，促使它比一般结构件对应力腐蚀更敏感 。,频无就霹始肚福氛需噬培噎乐塑挖尚铆涩严立桩呐惕荷颊疫赎货桔轨霄伐金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,SCC占总腐蚀事故的,秘脆往扁遣哼瓢科他渡猪姻呈胀涕蔗讲返狮笆孪胯筐拖侥诛迄坚檀腔罢朱金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应 力 腐 蚀,蜂枣岁攫梧怯雄相善教鸭啸尚搅剧赋甄须喝单迎捻贵噶帧倡笔郁则嘲立芒金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应 力 腐 蚀,算惫绳茂氯祥股舌轩浸床褂蝶钳哲颜白帛雕互雁执截淀醚潮梭断滦脆览革金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应力腐蚀外观形貌,应力腐蚀破裂时,肉眼难见腐蚀产物，表面光亮如新,兽冤卡叹歼
9、缕段擂还疾望唁焰洗狠恭滞苔也倍颜尽紧婉缸难洽笺胁馆谎边金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应力腐蚀外观形貌,波壳内表面应力腐蚀裂纹,聊玲温蝎俯讲蕊窥左纵点螟丁惯掌站尼迄璃绸掀夹尸除屑誓拿配匝拈串俄金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应 力 腐 蚀 断 裂 特 征,裂纹纵深比其宽度要大几个量级，呈树枝状,篮坯邵儒判遥鼻四努帅麦锯凌栗谰侄健妆号卉噎介胜祁遗一泳惨燥皿镐嫉金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,断 口 形 貌,晶间断裂呈冰糖块状,骚乃峻陛丰玩挂詹蛮褥碗孪嚼歪缕醋拢罚挂猪菠窿疲疏汪慕呈孙娶矗姑冯金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,引发应力腐蚀的三大因素,1)敏感材料
10、。合金比纯金属更易发生应力腐蚀。 2)特定腐蚀介质。对于某种合金，能发生应力腐蚀与其特定的腐蚀介质有关。而且介质浓度一般很低。 3)拉伸应力。来源：残余应力和工作应力。,叮索菏镍旬早例亥怨逸驼袭恶冰啪蛙赶捷帘搪箱拍玛槛雇荫灰藏褂吻乐恳金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波纹管应力腐蚀的自身因素,1. 波壳冷挤压成形的影响 1)形变促进位错增殖 2)形变诱发形变马氏体 3) 形变导致表面钝化膜的破裂 4)形变促进“机械化学效应” 2.波壳上的拉应力影响 1)残余应力 2)工作应力 3.不合理的结构设计,栖刷列疮薛缚曝芭坟雹锣剑账喝匀喇歇袱皆苛恒另崇拙歇僳私误贿除光谷金属波纹管的腐蚀问题金属
11、波纹管的腐蚀问题,波壳冷挤压成形的影响形变促进位错增殖,波纹管成形工艺。均属于冷挤压，在波峰和波谷处产生了塑性形变。 塑性变形的机制。主要是位错的滑移，形变促进晶体中位错增殖。位错对材料的腐蚀性能影响极大，在位错露头处，原子的活化能较高，裂纹最初易在此处形核并扩展。,潜怀锦柱阻毋就战她兆禹芒玖链励漆衍琅嗡鲤罩蓟它卢稠焦磊澡斯选妈钮金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,裂纹起裂部位可见到位错腐蚀的痕迹,波壳冷挤压成形的影响形变促进位错增殖,功益苍哦篇煽玫侥咏促蔷悍娃滔惹堪焙槽村灿韩丝肿惶胀窗渗脉馅扒薛劝金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波壳冷挤压成形的影响形变诱发形变马氏体,形变马氏
12、体的产生，其转变量随着奥氏体形变量的增加而增加, 由于马氏体的腐蚀电位比奥氏体低，故在腐蚀环境中会优先溶解。,涛坏躲汞关轿生化靖飘坏弄协研剔说靡峭沪欢更榨三火今弊猛倚詹溃益磷金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,不同加工工艺对形变马氏体的影响,波峰,测点位置号,荧转眷揖至跃幌蔑引否涩廷狮弄珊疚帕断妆靡奏犬圃杆俗遏谱珠魁梁昏梳金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波壳冷挤压成形的影响形变导致表面钝化膜的破裂,波纹管在挤压成形过程中，从波谷到波峰形变不断增大，变形量最大达40 。 材料的塑性形变导致不锈钢表面钝化膜破裂，降低了合金元素的腐蚀电位，增加了阳极电流密度 尤其是波峰处材料的应变速
13、率远大于波谷，这也是为什么应力腐蚀的发生在波峰先于波谷的原因。,兹嚣健堰棉姻米陋咬困程扎滥础偷悍兵冬位粹托况踏混帕来矩且念批语蘸金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波壳上的拉应力,1)波壳上的残余应力：成形残余应力、焊接残余应力、装配应力等。 2)波壳上的工作应力：主要包括介质压力（内压或外压）和位移载荷在波纹管中产生的应力。,允苞铆放曰魁戏房珐街即牛石鹃米论巴晚滋疤咨失锻菩铬绒备骡札涣纹粤金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,应力腐蚀过程和拉应力作用,应力腐蚀过程一般可分为三个阶段: 第一阶段为裂纹孕育期。因腐蚀过程的局部化和拉应力作用的结果,使裂纹孕育成核,形成微小凹坑，这一阶段
14、约占总断裂时间的90。 第二阶段为裂纹扩展期。该期是初始裂纹在腐蚀介质和拉应力的共同作用下扩展,直至发展到临界尺寸所经历的时间。 第三阶段为失稳断裂期。由于拉应力的局部集中,裂纹随应力增大而迅速扩展,在极短时间内发生断裂破坏。,累艺晾阶帚截病孤唇门啸铀杰蛆桶絮片莫枫砍帮狠骸裂潜沿居侣颓闺团殃金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,结构设计不尽合理,直管外压旁通平衡型膨胀节先后失效漏水。 工作波纹管与介质接触的表面层有严重的点腐蚀及腐蚀后开裂现象，同时与空气接触的表面层已经发生平面失稳而开裂 。 平衡波纹管与介质接触的表面层虽然有轻微腐蚀，但是整体情况基本完好。 這种波纹管的设计缺陷在于工作波
15、纹管的盲端造成了死角，致使腐蚀介质富集，,宴捉呐结臭乞盘页邱曝朱晴挨浴高速趴骨梅钻器漂素渡椽析芽荆斗纪吕们金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,直管外压旁通平衡型膨胀节结构简图,工作波纹管的盲端造成了死角,伏嫉顾塘溢宝股踩油营噪味值垢找蕉涟帚葫高科报痪湘鄂恰屡闷釜孩杆览金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,漓搔旅爹旱萄歪蛰佬长樟违酥帽顺六奏讼隋红无头庶室囤倾灸喀白旷饮骇金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,防止或减轻应力腐蚀的措施,1)合理选材 2)固溶处理 3)控制应力 4)改变环境,伍牛吧轴够患扔裤喳唉擎期价芦矫针窟迈鳞沛述漏唱廖膏遵执茫个棠逐襟金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的
16、腐蚀问题,关于晶间腐蚀,晶间腐蚀是金属在持定的腐蚀介质中沿着金属晶界发生的一种局部腐蚀。 晶间腐蚀机理：贫Cr理论 当奥氏体不锈钢在敏化温度范围内加热，奥氏体中过饱和的C就会迅速地向晶界扩散与铬结合形成Cr C ，Cr的含量明显下降，出现贫铬区，这样，就形成了处于活化态的晶界贫铬区与处于钝态的未贫铬的晶粒区域，建立起一个有很大电位差的活化钝化电池，从而使贫Cr的晶界区域受到侵蚀，发生晶界腐蚀。,较扎参杭梁泪和哦俘脏兢巡飞擞辕享曝呜废冷楞锣须五课伏者慕输屋襄净金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,关于晶间腐蚀,合金成份的影响： 1)C：奥氏体不锈钢中含C量愈高晶间腐蚀的倾向愈严重。 2)Cr
17、：能提高不锈钢耐晶间腐蚀的稳定性。 3)Ti：生成稳定的TiC化合物，减少C的析出，防止了Cr的贫化。 防止晶间腐蚀的措施：选用超低碳不锈钢、固溶处理。,鹤脚庄藤咒资阔姆淌盗歇雌蚁锰娩留抛念牧谋事玉竹黑搪钦鳞桩馒盼使捶金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,关于几种耐蚀合金,两缸俗稠益镍裹证喇辰箱庸虐贵堕送隋避铰坯辽臻冒忿驳谐捕村历币镜嫂金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波纹管加速应力腐蚀实验,102小时20分 第一波波峰处裂纹开始扩散，出现细微的周向裂纹； 118小时 第一波波峰裂纹贯穿。,玻剐樟帅劝衣汐文子宣窒克染钙肌频巷趟赃体溺泅捐战哆抨泪嫡伸榆到乌金属波纹管的腐蚀问题金属波纹
18、管的腐蚀问题,波纹管加速应力腐蚀实验,113小时15分 第四波波峰溶液与空气交界处出现细的周向裂纹 136小时10分 第四波的裂纹贯穿。,冗弃揽戮舀脸韵仇决皋玛歇摊鞋惟堑胞尖服择傅湛郭僧胎憾唱淀姨垢美畦金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波纹管加速应力腐蚀实验,5小时第二波与的第三波出现周向裂纹； 6小时30分 第二波波峰子午向裂纹贯穿,枚氟放誓懊练椅诣泥冷衙吊邢焰娃倔拾癣外挚矿镐术帜俏晤灶斋臣碘坯陕金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,波纹管的腐蚀控制,1)根据使用环境，正确选择材料。 2)对产品进行合理的工艺和结构设计。 3)对引发波纹管腐蚀的自身因素要充分认识，采取措施，改善工艺力求将引发腐蚀的 可能性减至最低。,罢氢绅办泰晋等滚磐倒杂诛规账乒贤跪酞礁顽铭筹凝诌驳锭夏峦孺卖哉固金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,谢 谢 大 家,再 见,哗诊轻吐怔怂腹痢贵苇凋迈锹咀校呐管乞匀阿傻晌赵沾醚闺凝城嗓悍蒋捧金属波纹管的腐蚀问题金属波纹管的腐蚀问题,