化工设备机械基础第三篇第一章演示文稿.pptVIP

B.氢腐蚀 在合成氨工业、石油加氢裂解及其他一些化工工艺中，常遇到氢在反应介质中占有很大比例的混合气体，而且这些化学反应过程又多是在高温、高压下进行的，例如合成氨的压力通常在31.4MPa，温度一般在470—500℃左右。 在较低温度和压力（温度＜200℃，压力＜4.9MPa）下，氢气对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀作用。但是，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“红腐蚀”或“氢脆”。 铁碳合金在高温高压下的氢腐蚀过程可分为氢脆阶段和氢侵蚀阶段。 当前第30页\共有77页\编于星期日\20点 第一阶段为氢脆阶段。在该阶段，氢在与钢材直接接触时被钢材所吸附，并以原子状态向钢材内部扩散，溶解在铁素体中，形成固溶体。但是，在此阶段溶在钢中的氢并未与钢材发生化学作用，也未改变钢材的组织，在显微镜下观察不到裂纹，钢材的强度极限和屈服极限也无大改变。但是它使钢材塑性降低，冲击韧性值明显减少。钢材的这种脆性与氢在其中的溶解量成正比。材料处于氢脆阶段只要将材料进行消氢处理，其性能又可恢复为原来状态。 第二阶段为氢侵蚀阶段。这时，溶解在钢材中的氢气与钢中的渗碳体发生化学反应，生成甲烷气，从而改变了钢材的组织，其化学反应式为： 当前第31页\共有77页\编于星期日\20点 该化学反应常常在晶界处发生，生成的甲烷气也通常聚集在晶界原有的微观孔隙内，形成局部高压，引起应力集中，使得晶界变宽，从而产生更大的裂纹；或者在钢材表层夹杂等缺陷中聚集，形成气泡，使钢材的机械性能降低。另一方面，由于渗碳体在还原为铁素体时，其体积也将减小，因此，在钢材内部由于组织的体积变化而生产相应的组织应力，该应力与前述的内应力叠加在一起，将使得裂纹扩展。而裂纹的扩展又为氢和碳的扩散与反应提供了更加有利的条件。如此这样反复不断地进行下去，最后导致钢材完全脱碳，内部的裂纹形成网格，机械性能严重下降，甚至遭到破坏。 通过降低钢中的合碳量，使其没有碳化物（Fe3C）析出，可以有效地防止氢腐蚀的发生。另外，在钢中加人某些合金元素如铬、钛、钨、钒等，使其不易与氢作用，也可以避兔氢腐蚀的发生。 当前第32页\共有77页\编于星期日\20点 ※电化学腐蚀（重要）焦化和钛 电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。在水分子作用下，电解质溶液中金属本身呈离子化，当金属离子与水分子的结合能力大于金属离子与其电子的结合力时，一部分金属离子就从金属表面跑到电解液中，而形成了电化学腐蚀。 A.原电池作用 金属在电解质溶液中的腐蚀过程与电池中的电化学反应过程完全类同。 如图所示，是铁一铜电池，即铁与铜在H2SO4溶液中所构成的电池。因为铁的电位较铜低而成为阳极，而铜则成为阴极。在阳极，铁被溶解并释放出电子，所放出的电子经过外部导线可以移动到阴极。在阴极，流来的电子在被能吸收电子的物质所吸收，在这里即被溶液中的阳离子（H“）所吸收，并释放出氢气。 当前第33页\共有77页\编于星期日\20点 在实际腐蚀过程中，这类腐蚀电池是最常见的。有的设备可能是由两种金属材料制成，或者同一材料内部存在不同的相、或者材料各部分的物理机械性能不同、受力不均等导致了设备材料各部分的电位不相同，从而形成这类腐蚀电池。 当前第34页\共有77页\编于星期日\20点 B、微电池和电化学腐蚀原理 如前所述，金属表面组织常常存在着不同的相（如钢中的铁素体和碳化物），在同一介质中相邻两个区域可能具有不同的电位，这些区域往往是直接接触的，故形成了许多局部的微电池，如图 利用微电池的原理，可以说明电化学腐蚀的化学反应过程。 ①阳极反应，金属溶解： ②电子移动，阳极过剩的电子流向阴极： ③阴极反应，电子在阴极被吸收电子的物质所吸收 当前第35页\共有77页\编于星期日\20点 在阴极区的反应，由于吸收电子的物质不同，有三种不同的反应情况： 1当溶液中有电位较高的金属离子（如 铜离子）存在时，这种金属离于就吸收电子，还原为金属： 2当溶液中呈酸性时，溶液中有氢离子 存在时，H+吸收电子变成氢原子，再结合成氢分子： 3当溶液为中性时，溶液中含有的氧吸收了电子，和水一起变成了OH-离子，其反应为： 值得注意的是：在腐蚀过程中，金属常常不是在含有电位较高的金属离子的溶液中，电位较高的离子金属吸收电子的阴极反应是不常发生的。而后两种化学反应所代表的阴极反应意义较大，特别是第二种化学反应更为常见。 当前第36页\共有77页\编于星期日\20点 C电化学腐蚀的条件 由上述电化学腐蚀过程原理可以发现，电化学腐蚀过程是由阳极反应过程、电子流动及阴极反应过程等三个环节组成，三者缺一不可。其中阻力最大的环节决定着整个腐蚀过程的速度。也可以看出，电化学腐蚀进