金属腐蚀的危险非常普遍且严重。 腐蚀会造成重大的直接或间接损失，造成灾难性事故，危及人身安全。 生产设备和管道因腐蚀而出现跑、爆、滴、漏现象，会影响生产设备的生产周期和设备寿命，增加生产成本，同时因泄漏而污染环境，危害人体健康。有毒物质。
根据腐蚀机理分类
按腐蚀机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀三类。
化学腐蚀 ( )
化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而造成的损害。 金属在高温气体中的硫腐蚀和金属的高温氧化都属于化学腐蚀。
电化学腐蚀( )
电化学腐蚀是指金属表面与离子传导介质发生电化学反应而造成的损伤。 电化学腐蚀是最常见、最常见的腐蚀，如金属在大气、海水、土壤和各种电解质溶液中的腐蚀。
物理腐蚀 ( )
物理腐蚀是指金属由于简单的物理溶解而受到破坏。 其特点是：当熔点较低的金属溶解到金属材料中时，就会使金属材料“分裂”。 由于低熔点金属一般强度较低，在应力作用下会优先断裂，从而成为金属材料裂纹的根源。 应该说，这种腐蚀在工程中并不多见。
按腐蚀形式分类
按腐蚀形式分类，可分为全面腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀三类。
总腐蚀 ( )
全面腐蚀又称均匀腐蚀，是管道大面积发生相同程度的腐蚀。 均匀腐蚀是最不危险的腐蚀类型。
①在工程中，往往可以通过提供足够的腐蚀余量来保证材料的机械强度和使用寿命。
②均匀腐蚀通常用单位时间内腐蚀介质对金属材料的腐蚀深度或金属构件壁厚减少量（称为腐蚀速率）来评价。 标准规定腐蚀速率不超过0.05mm/a的材料为完全耐腐蚀材料； 腐蚀速率为0.05~0.1mm/a的材料为耐腐蚀材料； 腐蚀速率为0.1~0.5mm/a的材料仍具有耐腐蚀性。 腐蚀性材料； 腐蚀速率超过0.5mm/a的材料就不是耐腐蚀材料。
局部腐蚀（Local）
局部腐蚀又称不均匀腐蚀，其危害远比均匀腐蚀大，因为均匀腐蚀易于检测且易于强化，而局部腐蚀则难以预测和预防，常常在没有预警的情况下造成金属部件的突然损坏。 ，造成重大火灾或人员伤亡。 局部腐蚀很常见。 据统计，均匀腐蚀占总腐蚀的17.8%，局部腐蚀约占80%。
(1)点蚀()
① 深度较大、集中于整体表面个别小点的腐蚀称为点蚀，又称孔蚀。 凹坑直径等于或小于深度。 凹坑形状如图1所示。
图1 各种麻点孔的横截面形状（选自ASTM标准）
②点蚀是管道中最具破坏性的隐蔽腐蚀形式之一。 奥氏体不锈钢管道在输送含有氯离子或溴离子的介质时最容易发生点蚀。 如果不锈钢管道的外壁经常被海水或自然水润湿，也会发生点蚀。 这是因为海水或天然水中含有一定量的氯离子。
③不锈钢的点蚀过程可分为腐蚀孔的形成和腐蚀孔的发展两个阶段。
钝化膜的不完整部分（外露位错、表面缺陷等）成为点蚀源，并在一定时间内活跃。 电位变为负值，在其相邻表面之间形成微电池，具有大的阴极和小的阳极面积。 该比率导致点蚀源处的金属迅速溶解并开始形成腐蚀孔。
随着腐蚀的进展，形成的凹坑继续存在。 多余的正电荷在孔隙中积聚，导致外部Cl-迁移进来以维持电中性，进而孔隙中的氯离子浓度升高。 由于氯化物的水解，孔隙中的溶液被酸化，进一步加速了孔隙中阳极的溶解。 由于这种自催化效应，腐蚀孔继续发展得更深，如图 2 所示。
图2 点蚀孔生长机理
④溶液滞留易发生点蚀； 增大流量会降低点蚀倾向； 敏化处理和冷加工会增加不锈钢的点蚀倾向； 固溶处理可以提高不锈钢的抗点蚀能力。 钛比奥氏体不锈钢具有更高的抗点蚀能力。
⑤碳钢管道也会发生点蚀，通常发生在蒸汽系统（特别是低压蒸汽）和热水系统中。 它们受到溶解氧的腐蚀，温度在80～250℃之间最为严重。 蒸汽系统虽然进行了除氧，但由于操作控制松散，很难保证溶氧量不超标。 因此，碳钢管道经常发生由溶解氧引起的点蚀。
(2) 缝隙腐蚀 ( )
当管道输送的物料为电解质溶液时，管道内表面的缝隙中会发生缝隙腐蚀，如法兰垫片、未焊透的单面焊缝等。一些钝化金属，如不锈钢、铝、钛等易发生缝隙腐蚀。
缝隙腐蚀的机理一般认为是浓差腐蚀电池的原理，是由于缝隙与周围溶液之间的氧浓度或金属离子浓度差异而引起的。 缝隙腐蚀发生在许多介质中，但在含氯化物的溶液中最为严重。 其机理不仅是氧浓差电池的作用，还有点蚀等自催化作用，如图3所示。
图3 缝隙腐蚀机理
(3)焊接接头的腐蚀
通常发生在不锈钢管道上，腐蚀有三种形式。
①焊缝肉被腐蚀成海绵状，这是奥氏体不锈钢中发生的δ铁素体选择性腐蚀。
为了改善焊接性能，奥氏体不锈钢通常要求焊缝含有3％～10％的铁素体组织。 但在一些强腐蚀介质中，会发生δ铁素体选择性腐蚀，即腐蚀仅发生在δ铁素体相（或进一步分解为σ相），导致出现海绵状外观。
②热影响区腐蚀。 产生这种腐蚀的原因是焊接过程中这里的温度正好处于敏化区，有足够的时间让碳化物析出，产生晶间腐蚀。
晶间腐蚀是腐蚀仅限于晶界和晶界附近，但晶粒本身的腐蚀相对较小的一种腐蚀形式。 其结果是晶粒脱落或材料的机械强度降低。
晶间腐蚀的机理是“缺铬学说”。 不锈钢由于含有铬而具有很高的耐腐蚀性。 其铬含量必须超过12%，否则其耐腐蚀性能与普通碳钢相似。 在不锈钢的敏化温度范围内（450~850℃），奥氏体中的过饱和固溶碳会与铬化合并沿晶界析出。 由于铬在奥氏体中的扩散速度比碳慢，因此形成所需的铅必须从晶界附近获得，导致晶界附近区域的铬贫化。 如果铬含量降至12%以下（钝化所需的极限铬含量），则贫铬区域处于激活状态。 作为阳极，它与晶粒形成腐蚀电池。 贫铬区的阳极面积较小，晶粒状的阴极面积较大，导致晶界附近的贫铬区腐蚀严重。
③熔合线处的刀口腐蚀通常发生在用Nb和Ti稳定的不锈钢（347和321）中。 刀口腐蚀多发生在氧化性介质中。 刀口腐蚀示意图如图4所示。
图4 刀口腐蚀
(4)磨损和腐蚀
也称为侵蚀腐蚀。 当腐蚀性流体在弯头、三通等弯头处突然改变方向时，会对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械侵蚀和破坏。 同时，也会对不断暴露的新鲜金属表面造成强烈的电击。 化学腐蚀，造成比其他部件更严重的腐蚀损坏。 这种损坏是金属以其离子或腐蚀产物从金属表面脱离，而不是像纯粹的机械磨损中那样是固体金属粉末。
如果流体中存在气泡或固体悬浮物，则最有可能发生磨损和腐蚀。 不锈钢的钝化膜耐磨性和耐腐蚀性较差钢材的腐蚀分为，而钛的耐磨性和耐腐蚀性较好。 蒸汽系统和H2S-H2O系统对碳钢管道弯头、三通有严重的磨损和腐蚀。
(5)凝结水腐蚀
对于含有水蒸气的热腐蚀性气体管道，由于局部温度降至露点以下，保温层中断或破坏的内壁会发生凝露，产生凝结水腐蚀，即露点腐蚀。
(6)涂层破损处的局部大气腐蚀
对于化工厂的碳钢管道来说，这种腐蚀有时会很严重，因为化工厂区域的大气中常常含有酸性气体，其腐蚀性比自然大气强得多。
应力腐蚀 ( )
金属材料在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下发生的断裂损伤称为应力腐蚀开裂。 应力腐蚀开裂发生的时间各不相同。 有的几天后就裂开，有的几年后就裂开。 这说明应力腐蚀开裂通常有较长或较短的潜伏期。
应力腐蚀裂纹呈死枝状，一般沿垂直于拉应力的方向发展。 裂纹的微观形貌包括穿晶型、沿晶型（晶间型）和两者的混合型。
对于管道来说，应力来源主要是焊接、冷加工和安装过程中的残余应力。
并非任何金属和介质的组合都会导致应力腐蚀开裂。 其中，金属材料的应力腐蚀开裂仅发生在某些特定的腐蚀环境中。 表1列出了容易产生应力腐蚀开裂的管道金属材料和腐蚀环境的组合。
表1 容易产生应力腐蚀裂纹的金属材料和腐蚀环境组合(选自SH 3059附录E)
(1)碱脆化
金属在碱性溶液中发生的应力腐蚀开裂称为碱脆。 碳钢、低合金钢、不锈钢等金属材料均可发生碱脆。 碳钢（包括低合金钢）的碱脆变化趋势如图5所示。
图5 碳钢在碱溶液中应力腐蚀开裂区
从图5可以看出，在氢氧化钠浓度高于5%的整个浓度范围内，碳钢几乎都可能发生碱脆。 碱脆化的最低温度为50℃，所需碱液浓度为40%～50%。 最有可能出现接近沸点的高温区域。 裂纹是晶间裂纹。 奥氏体不锈钢发生碱脆的倾向如图6所示。当氢氧化钠浓度在0.1%以上时，18-8奥氏体不锈钢就会发生碱脆。 最危险的氢氧化钠浓度是40%。 发生碱脆化的温度约为115℃。 超低碳不锈钢的碱脆裂纹是穿晶裂纹。 当碳含量较高时，碱脆裂纹呈晶间裂纹或混合裂纹。 当奥氏体不锈钢中添加2%钼时，碱脆极限可降低并移至高碱浓度区域。 镍及镍基合金具有较高的抗应力腐蚀能力，其碱脆范围变窄，且位于高温、浓碱区域。
图6 引起应力腐蚀开裂的烧碱浓度与温度的关系
注：曲线上部为危险区
(2)不锈钢的氯离子应力腐蚀开裂
氯离子不仅会引起不锈钢的点蚀，还会引起不锈钢的应力腐蚀开裂。
应力腐蚀开裂的临界氯离子浓度随着温度升高而降低。 在高温下，只要氯离子浓度达到10-6，就会发生龟裂。 氯离子应力腐蚀开裂发生的临界温度为70℃。 氯离子浓度较高的条件（反复蒸发和润湿）最有可能导致破裂。 不锈钢的氯离子应力腐蚀开裂在工业上相当普遍。
不锈钢的氯离子应力腐蚀开裂不仅发生在管道内壁，也发生在管道外壁，如图7所示。
图7 不锈钢管应力腐蚀开裂
管道外部的腐蚀因素被认为是保温材料的问题，对保温材料的分析显示其含有大约0.5%的氯离子。 该值可以认为是保温材料中含有杂质的结果，或者是保温层损坏、雨水浸泡、浓缩等造成的结果。
(3)不锈钢的连硫酸应力腐蚀开裂
加氢脱硫设备最为典型，其中不锈钢连多硫酸(，x=3~5)的应力腐蚀开裂引起了人们的广泛关注。
管道正常运行时会受到硫化氢的腐蚀，停机检修时生成的硫化铁与空气中的氧气和水发生反应。 应力腐蚀裂纹发生在Cr-Ni奥氏体不锈钢管残余应力较大的部位(焊缝热影响区、弯头部位等)。
(4)硫化物腐蚀裂纹
①金属在同时含有硫化氢和水的介质中发生的应力腐蚀开裂为硫化物腐蚀开裂，简称硫裂纹。 天然气和石油收集、加工炼油、石化、化肥等工业部门经常发生管道和阀门的硫裂事故。 硫裂发生所需的时间短则几天、几个月甚至几年，但没有出现十几年发生硫裂的案例。
②硫裂纹的裂纹较粗，分支较少。 它们大多是穿粒的，但也有粒间的或混合的。 发生硫裂所需的硫化氢浓度很低，只要略超过10-6即可，甚至低于10-6的浓度即可发生。
碳钢和低合金钢在20～40℃温度范围内对硫裂纹最敏感。 奥氏体不锈钢的硫裂纹大多发生在高温环境下。 随着温度升高，奥氏体不锈钢对硫裂纹的敏感性增加。 在含有硫化氢和水的介质中，如果还含有乙酸，或二氧化碳和氯化钠，或磷化氢，或砷、硒、锑、碲或氯离子的化合物，都会促进钢的硫裂。 。 对于奥氏体不锈钢的硫裂解，氯离子和氧起到促进作用。 304L、316L不锈钢对硫裂纹敏感性有如下关系：H2S+H2O＜H2S+H2O+Cl-＜H2S+H2O+Cl-+O2（硫裂纹敏感性由弱到强）。
对于碳钢和低合金钢，淬火+回火金相组织的抗硫裂纹性能最好，未回火马氏体组织的抗硫裂纹性能最差。 钢的抗硫裂纹性能按淬火+回火组织→正火+回火组织→正火组织→未回火马氏体组织的顺序递减。
钢的强度越高，就越容易受到硫裂纹的影响。 钢的硬度越高，越容易受到硫裂纹的影响。 一旦发生硫裂纹事故，焊缝尤其是熔合线是最容易产生裂纹的部位，因为这里的硬度最高。 NACE对碳钢焊缝的硬度有严格的规定：≤200HB。 这是因为焊缝硬度的分布比母材更为复杂，因此对焊缝硬度的规定比母材更严格。 焊缝部位经常出现裂纹，一方面是由于焊接残余应力的影响，另一方面是焊缝金属、熔合线和热影响区硬化组织的结果。 为了防止硫裂纹，必须进行有效的焊后热处理。
(5)氢损伤
氢渗入金属内部，引起金属性能劣化的现象称为氢损伤，又称氢损伤。 氢损伤可分为四种不同类型：氢鼓泡、氢脆、脱碳和氢腐蚀。
① 氢气鼓泡和氢致阶梯裂纹。
主要发生在含有潮湿硫化氢的介质中。
硫化氢在水中分解：
钢在硫化氢水溶液中发生电化学腐蚀：
从上述过程可以看出，在这种环境下，钢材不仅会因阳极反应而发生全面腐蚀，而且金属表面吸附的S2-会阻碍氢原子与氢分子的复合，从而促进氢原子迁移到金属中。 渗透。 当氢原子渗入、扩散到钢中，遇到裂纹、分层、空洞、夹渣等缺陷时，聚集结合形成氢分子，引起体积膨胀，在钢内部产生极高的压力（高达数百兆帕）。 。 。 如果这些缺陷靠近钢表面，则会形成气泡，如图 8 所示。如果这些缺陷位于钢内部深处，则会形成诱导裂纹。 它是沿轧制方向产生的相互平行的裂纹，由短横向裂纹连接形成“台阶”。 氢致阶梯裂纹轻者会引起钢材脆化，或使有效壁厚减少，导致管道超载、泄漏甚至破裂。
图8 氢气鼓泡
氢气鼓泡需要硫化氢达到临界浓度。 据资料显示，硫化氢分压为138Pa时就会产生氢气鼓泡。 如果磷化氢、砷、碲化合物和CN-共存于潮湿的硫化氢介质中，则有利于氢渗入钢中。 它们都是氢渗透促进剂。
氢气鼓泡和氢致阶梯裂纹通常发生在钢板轧制的管道中。
②氢脆。
无论氢以何种方式进入钢中，都会引起钢的脆化，即伸长率和断面收缩率显着下降，特别是高强度钢。 若将钢中的氢释放出来（如加热进行消氢处理），钢的机械性能仍可恢复。 氢脆是可逆的。
常温下受H2S-H2O介质腐蚀的碳钢管可以渗氢，在高温高压氢环境下也可以渗氢； 它们可以在酸洗过程中在不添加缓蚀剂或不适当的缓蚀剂的情况下渗氢，并且在雨天焊接过程中或在阴极处可以渗氢。 当保护过度时，氢气也会泄漏。
③脱碳。
在工业制氢装置中，高温氢气管道容易出现碳损坏。 钢中的渗碳体在高温下与氢反应生成甲烷：
反应的结果是表层渗碳体减少，碳逐渐从邻近的未反应金属层向反应区扩散，因此一定厚度的金属层因缺碳而变成铁素体。 脱碳的结果是钢的表面强度和疲劳极限降低。
④氢腐蚀。
钢材受到高温高压氢气后，力学性能恶化，强度和韧性显着降低，且是不可逆的。 这种现象称为氢腐蚀。
氢腐蚀的过程如图9所示。
图9 氢腐蚀过程
氢腐蚀的过程大致可分为三个阶段：孕育期，此时钢的性能不发生变化； 性能急剧变化、脱碳迅速、裂纹迅速扩展的阶段； 最后阶段，固溶体中的碳已耗尽。
氢腐蚀的孕育期很重要，它往往决定着钢材的使用寿命。
在一定的氢气压力下，存在一个发生氢腐蚀的起始温度，它是钢抗氢能力的指标。 低于这个温度，氢腐蚀反应速度极其缓慢，以致孕育期超过正常使用寿命。 碳钢的这个温度约为220°C。
氢分压也有一个起点（碳钢约为1.4MPa），即无论温度多高，低于这个分压，只会发生表面脱碳，而不会发生严重的氢腐蚀。
各种耐氢钢腐蚀的温度和压力组合条件就是著名的曲线（这条曲线被收录在许多管道设备选型标准中，如《石油化工管道设计设备选型通则》）。
冷加工变形增加碳和氢的扩散能力并加速腐蚀。
某氮肥厂，氨合成塔出口至余热锅炉的高压管道，工作温度为320℃左右，工作压力为33MPa，工作介质为H2、氮气和NH3。 应根据曲线选择耐氢钢。 其中，有一根直径不同的短管。 由于错误使用普通碳钢，使用后不久就因氢腐蚀而断裂钢材的腐蚀分为，造成恶性事故，损失惨重。
资料来源：压力管道设计及工程实例，感谢中国腐蚀与防护网。
