工业腐蚀及其危害

　　一、工业腐蚀概述

　　腐蚀是指材料在周围介质作用下产生的破坏。腐蚀的原因是多方面的，可以是化学的、物理的、生物的、机械的等等。材料的腐蚀类似于物质的风化，只是速度要快得多。在一定意义上，可以把金属材料的腐蚀理解为金属冶炼的逆过程。

　　工业腐蚀主要是由于原材料中含有的以及过程中生成的腐蚀性成分造成的。大气中的杂质、水中的微量氯和溶解氧也会产生腐蚀作用。可以毫不夸大地说，现代工业过程是在腐蚀的环境和气氛中进行的。

　　腐蚀的形式是多种多样的。按照腐蚀的环境或起因，有大气腐蚀、土壤腐蚀、海洋腐蚀、生物腐蚀、水腐蚀、非水溶液腐蚀等。按照腐蚀的结果或表现形式，有点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等等。

　　现代工业发展很快，有时新工艺的关键问题还没有完全解决，就着手设计制造设备，进而试车和正式运转。其结果往往是在开车、正式运转、停车时发生事故。其中多数情况都与腐蚀有关。腐蚀造成车船报废、装置停车、生产发生事故，屡见不鲜。对于全面腐蚀的情形，板材变薄，部件损伤，明显可见。但对于应力腐蚀，在装置外观上看不到任何迹象，而且应力腐蚀裂纹发展迅速，对其做出预测相当困难。应力腐蚀裂纹是发生重大事故的潜在原因，而且有可能导致整套装置停车或延长停车时间。某不锈钢腐蚀实例调查资料显示，起因于应力腐蚀的比例占40％～60％。

　　不锈钢有较强的耐腐蚀性能，应力腐蚀裂纹特别明显，识别度较高。而碳钢、低合金钢的耐腐蚀性低于不锈钢，应力腐蚀裂纹表现得很复杂。碳钢、低合金钢根据使用的环境，也可与不锈钢一样形成一层耐腐蚀保护膜，如四氧化三铁锈层，所以几乎不会发生全面腐蚀。但是碳钢和低合金钢会产生局部应力腐蚀裂纹，而且腐蚀速度会高出全面腐蚀的100～1000倍。腐蚀产生的氢也有可能浸入钢内，经扩散而形成氢脆裂纹。近些年有人提出，由于腐蚀而形成的点腐蚀内部与大面积腐蚀的环境不同，会产生裂纹。特别是钢的高强度化，产生应力腐蚀裂纹的敏感性显著增大。

　　类似于应力腐蚀，晶间腐蚀在外观上也看不到任何迹象。由于沿金属晶粒界面发生腐蚀性破坏，而使金属的强度完全丧失。这是由于金属材料在腐蚀环境中，晶粒界面和晶粒本身的电化学性能差异，会在它们之间形成腐蚀电池。腐蚀沿晶粒界面发展，使晶粒间失去结合力。

　　合金材料的腐蚀，是其中某种组分选择性溶解，一般称为选择性腐蚀。如黄铜脱锌，黄铜中的锌发生选择性溶解。它包括由表面均匀发展的层状脱锌，和由局部向深处发展的栓状脱锌两种类型。再如，铸铁石墨化。石墨在灰口铁中成网状分布，在腐蚀性不大的环境中，铁会选择性腐蚀，留下石墨，被腐蚀的铸铁如石墨状，故称为石墨化腐蚀。另外，材料在腐蚀性环境中，易受交变应力作用产生腐蚀疲劳，使材料强度大大受损。

　　腐蚀无处不在，种类繁多。为了制定防腐对策，需要对装置选材、装置设计、原材料及冷却水中的杂质以及运转条件等进行详尽研究，加大力度、综合治理，从而防止或减缓腐蚀性破坏。

　　二、腐蚀机理

　　1，化学腐蚀

　　化学腐蚀是指周围介质对金属发生化学作用而造成的破坏。工业中常见的化学腐蚀有金属氧化、高温硫化、渗碳、脱碳、氢腐蚀等。

　　金属在干燥或高温气体中可与氧反应造成腐蚀。氧化过程可表示为

2Me+O2≒2MeO

　　式中  Me表示金属。

　　高温硫化是指含硫介质如硫蒸气、二氧化硫、硫化氢等，在高温下与金属作用生成硫化物的腐蚀过程。特别是在有水蒸气存在的条件下，二氧化硫与水反应生成亚硫酸，硫化氢则成为氢硫酸，高温硫化腐蚀状况会加重。

　　渗碳是指一氧化碳、烃类等含碳物质在高温下与钢接触分解成游离碳，并渗入钢内形成碳化物的过程。脱碳是指钢中渗碳体在高温下与气体介质如水蒸气、氢、氧等，发生化学反应引起渗碳体脱碳的过程。渗碳和脱碳均能使钢表面硬度和疲劳极限下降。

　　2．电化学腐蚀

　　金属材料与电解质溶液接触时，由于不同组分或组成的金属材料之间形成原电池，其阴、阳两极之间发生的氧化还原反应使某一组分或组成的金属材料溶解，造成材料失效。这一过程称为电化学腐蚀。

　　两种不同金属在溶液中直接接触，因其电极电位不同而构成腐蚀电池，使电极电位较负的金属发生溶解腐蚀，则称之为电偶腐蚀，或接触腐蚀。工程上不乏不同金属材料间的接触，电偶腐蚀这类电化学腐蚀屡屡发生。

　　三、腐蚀的危害与损失

　　伴随世界工业化进程的是环境污染的加重和人类生存条件的恶化。人们做出了种种努力，无公害工艺的探求、工业泄漏的治理以及工业废渣、废液、废气排放的严格限制等等，试图改善环境状况和人类的生存条件。为了实现上述目标，人们还要付出艰辛的努力，任重道远。污染环境的物质大多是腐蚀性物质，所以腐蚀现象无时不在，随处可见。

　　腐蚀所造成的损失是巨大的。在设备损伤事故中，腐蚀所造成的经济损失占很大比例。1964～1973年间，  日本金属工业公司处理设备损伤事故1009起，有985起与腐蚀有关，占97．62％。美、英、前苏联、前西德等国1969～1970年间的调查资料表明，由于腐蚀造成的直接损失，占国民经济总收入的2．0％～4．2％。美国每年汽车事故损失300亿美元，火灾损失110亿美元，洪水损失4．3亿美元，风灾损失17亿美元，地震损失4亿美元，而腐蚀造成的损失达700亿美元，远远超出上述其余各项的总和。

　　在化学工业中，所用原材料及生产过程中的中间产品、副产品、产品等大部分具有腐蚀性。腐蚀性介质对建筑物、厂房、设备基础、各种构架、道路、地沟等，都会造成腐蚀性破坏。致使建筑物临危、厂房倒塌、设备基础下陷、构架毁坏、管道变形开裂，造成重大事故。在化工生产中，大量酸、碱等腐蚀性介质，严重地腐蚀着机械、设备，管路、阀门、垫片、填料等，致使设备壁厚变薄、强度下降，设备、管路、阀门泄漏，内容物向外泄放或散逸，引起中毒、火灾、爆炸等事故发生。电气、仪表等设施，会因腐蚀而引起绝缘破坏、接触不良，致使电气、仪表失灵，引发各类事故。