工程材料及其耐腐蚀性(2)

的耐氯离子侵蚀能力。

（4）按允许的腐蚀速度使用不同类型的材料和构件，耐蚀性相对较低的通用材料一般可允许有较高腐蚀速度，表10.1-2可作参考。

在医药、食品工业中，以及由于微量铁溶出而可能导致介质污染、变色或催化剂中毒等特殊场合，选材应保证腐蚀速度低于0.0lmm／a。

（5）充分利用已有的使用经验。下列材料－介质组合已经为大量实践证明是经济有效的：不锈钢－硝酸、镍与镍合金-碱、蒙乃尔合金-氢氟酸、哈氏合金－热盐酸、铅－稀硫酸、铝－大气、碳钢－浓硫酸、钛-强氧化性介质。

（6）对受力结构或重要构件，特别要防止发生应力腐蚀破裂，选材时要避免可能导致应力腐蚀的材料－介质组合。

表4－2 不同材料和构件允许的最大腐蚀速度 腐蚀速度mm/a ﹤0.05 0.05～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～1 ﹥1

4．4 铁碳合金的耐蚀性

铁碳合金——碳钢和铸铁是现代工业中应用最广泛的合金。铁碳合金价格低廉，机械性能与工艺性能良好，在耐蚀性能方面，尽管铁的电极电位较负，在自然条件下(大气，水及土壤中)化学稳定性较低，但是可采用其他金属保护层，或采用涂料、添加缓蚀剂及电化学保护等防腐蚀措施提高其耐蚀性。在某些介质中碳钢和铸铁具有良好的耐蚀性能，可作为耐蚀结构材料使用。通常只有在铁碳合金不能满足要求时，才选用合金钢。

4．4．1 显微组织与化学成份对耐蚀性的影响 1 显微组织

铁碳合金基本组成相是铁素体(a)，渗碳体(Fe3C)和石墨(C)，它们具有不同的电极电位，石墨的电位最高，为+0.37伏特，铁素体的电位最低，为－0.44伏特，渗碳体电位介于二者之间。由于组织的非均一性，当铁碳合金与电解质溶液接触时，表面必然形成较大电位差的微电池作用，其中渗碳体和石墨是阴极，铁素体是阳极，从而造成铁碳合

6

耐蚀材料（不锈一般材料（碳塔，反应器，容管道，一般结构钢以上） 优 良 可考虑使用 不可用 不可用 不可用 钢） 优 良 可用 可用 可考虑使用 不可用 器，储槽等 优 可用 不宜使用 不可用 不可用 不可用 件，配件等 优 良 可用 可用 可考虑使用 不可用 金的强烈腐蚀。

铁碳合金从高温奥氏体冷却下来后，其各种组织产物对介质的腐蚀作用有着不同程度的影响。

在化学成分相同的情况下，过冷奥氏体在高温区转变的珠光体、索氏体和屈氏体三种组织，以珠光体组织抗蚀性最好，其次是索氏体，最差的是屈氏体。这是因为钢在连续冷却转变过程中，随着过冷度增大，碳化物弥散度依次递增，使得氢去极化腐蚀的有效阴极面积增加

的缘故。淬火马氏体虽然内应力较大，电位较铁素体低，但它是单相固溶体。所以，它的腐蚀速度较二相组织的珠光体稍小。

钢中作为阴极相的硫化物、氧化物及硅酸盐等夹杂物的存在会降低钢的耐蚀性能，也容易诱发局部腐蚀。

铸铁中石墨的大小、形状、数量及分布，影响着电化学腐蚀程度。当片状石墨大小适当，互不相连时，阻碍外部电解液的渗入，对耐蚀性较为有利。石墨呈球状或团絮状比呈片状耐蚀性更好。 2 合金元素

铁碳合金中除碳元素外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素。

（1）碳的影响：碳对腐蚀性的影响依介质类型而定。在还原性酸中，随着含碳增加，碳钢和铸铁的腐蚀速度加大。铸铁腐蚀率较碳钢高。这是因为氢去极化腐蚀过程中，碳量增加，渗碳和石墨数量增多，使阴极面积加大，氢过电位减小，腐蚀速度加快的缘故。

在氧化性酸中，当含碳量较低时，渗碳体数量也较少，故未能促进合金钝化。此时，合金处于活性状态，腐蚀速度随合金中阴极相(渗碳体)的数量增多而增大；当含碳超过一定限量时，则会促进铁碳合金钝化，腐蚀速度下降。铸铁中有比较多的电位比渗碳体更正的石墨相，使阴极相面积增大，有利于阳极相的钝化，促进钝态的出现。这样，由于足够数量阴极相的存在，提高了阳极相的稳定性，因而在可能产生钝化状态的介质中，铸铁有较高耐蚀性。

在主要是由氧去极化腐蚀的介质中，如大气、中性或弱酸性溶液，含碳量对腐蚀速度影响不大。

（2）硅和锰的影响：钢中含硅量通常在0.12—0.3％之间，铸铁的含硅量大于1％。铸铁中含硅量大于3％时，由于硅能促使渗碳体分解而析出石墨，使它们在非氧化介质中的化学稳定性甚至稍有降低。只有当含硅量大于1％时，即硅铁成分之间的关系符合n／8定律中相当于稳定性的第二台阶（n=2），这时形成致密的二氧化硅保护膜，合金耐蚀性才有显著提高。

碳钢内含锰量一般为0.5～0.8％，灰铸铁含锰量大致为0.5～1.4％。在此范围内，

7

锰对钢的机械性能和化学稳定性无显著影响。

（3）硫和磷的影响：从腐蚀方面看，硫与铁或锰生成的硫化物在合金中呈单独的阴极相存在，这种阴极相夹杂物增加微电池数目，并且易生成硫化氢，产生氢去极化作用，从而加速铁碳合金在酸性溶液中的腐蚀。此外，由于这种硫化物存在于晶界上，导致钢铁在电解液中出现晶间腐蚀的可能。

硫的存在使含硫化物的金属区域上所形成的膜，比其他表面上生成的膜保护性差，因而降低金属的化学稳定性。特别是当金属与大气和中性水溶液接触时，硫促使产生局部腐蚀，表现出明显的有害作用，硫化物类杂质明显促进孔蚀萌生。

硫对抗氢腐蚀及硫化氢应力腐蚀是不利的，提高含硫量促使氢诱发破裂敏感性上升，缩短氢腐蚀和氢脆破坏时间。

铁碳合金中的磷含量在正常范围内变动时，对于大气和中性溶液介质，其耐蚀性能影响不大。只是当磷含量进一步提高(达1.0％以上)，特别是与铜配合使用时，有抗大气腐蚀及抗海水腐蚀的作用。

磷也是对硫化氢应力腐蚀有不良作用的元素，其有害程度次于硫。 4．4．2 铁碳合金在各种介质中的腐蚀行为

金属的腐蚀除与金属本身组织结构及化学成分的关外，还取决于周围介质的性质。一般，在pH小于4的非氧化性酸性溶液中，发生强烈的氢去极化腐蚀，阴极过程是氢离子的去极化反应：2H＋＋2e→H2。pH值在4～9范围内时，腐蚀速度由氧扩散到金属表面的速度决定，氧的扩散不受pH值影响，因此腐蚀速度与pH值无关。此时，金属的腐蚀速度与氧的浓度有关，随着含氧量升高，铁的腐蚀速度加大。当pH值上升到9以后，由于铁在碱性溶液中会生成不溶性氢氧化铁保护膜，腐蚀速度随pH值上升而下降，当pH值达到12时腐蚀速度渐减低接近零。当pH值大于14以后，由于氢氧化铁转变为可溶性亚铁酸根离子(FeO3)或高铁酸根离子(Fe2O4－)，腐蚀速度重新上升。 下面分别叙述钢铁在不同介质中的腐蚀行为．。 1 大气及水中的腐蚀：

碳钢在大气中的腐蚀率与所在地区的温度、温度及大气中杂质等因素有密切关系。总的来说，含有SO2、 CO2、 HCI等杂质的工业大气腐蚀最严重(0.2～0.25毫米／年)；近海区的海洋大气，由于含有盐粒和多雾，每年腐蚀0.1～0.15毫米，次于工业大气；乡村大气腐蚀率最弱(0.05～0.06毫米／年)。

铁碳合金在淡水中的腐蚀速度与水中溶解氧的浓度有关。开始时，随着氧含量的增高，氧作为去极化剂而加速腐蚀，当氧浓度达到某一定值时，微电池电流可能超过致钝电流，使金属表面因生成氧化膜而发生钝化。

钢铁在含有矿物质的硬水中的腐蚀比在软水中慢，这是由于硬水可能会产生不溶解的碳酸钙垢附着在金属表面上，阻止金属与氧的接触，从而减少腐蚀。当水中溶有二氧

8

化碳、二氧化硫等气体时，会加速腐蚀。

碳钢在电导率较大的海水中被腐蚀，主要是受氧去极化阴极控制。海水中含有较多的氯离子，氧离子吸附于钢的表面，使得金属难于钝化，此外，氯离子具有穿透钝化膜的能力，因此碳钢在海水中的腐蚀速度比淡水里高。

钢铁在海水中的腐蚀速度,以暴露在海洋环境中条件不同而有很大的变化。海洋环境可分为海洋大气带、潮差带、全浸带及海土带等。海洋大气带是指比飞溅带高的区域，影响腐蚀的主要因素是大气中盐粒的含量，距海水面愈近腐蚀愈剧烈。碳钢在海水交替干湿及强烈冲击的飞溅带腐蚀最严重，比从低潮位到海底泥线之间海水浸着的全浸带大数倍。碳钢在水线处的潮汐(差)带，相对于下面邻近的全浸含氧量高，成为氧浓差电池的阴极，这样会由于水下缺氧部位金属的阳极腐蚀而得到保护。因此碳钢在潮溅带的腐蚀速度介于飞溅带与全浸带之间。全浸带由于溶解氧的作用及海水流动的影响，腐蚀率也较高。随着海深的增加，海水中溶解氧量减少，温度降低，腐蚀率下降。泥线下的海土带，由于溶解氧量不足，腐蚀最轻微。但是，在浅海海土中，由于泥沙流动较大以及海水的污染，腐蚀也较大。

2．盐类溶液中的腐蚀：由于盐溶液具有高的导电性，使金属在盐类溶液中比在水中腐蚀更为强烈。钢铁在盐类溶液中腐蚀速度与盐的种类，即盐在溶液中水解后的阳离子，阴离子的性质，腐蚀产物的溶解度以及能否在表面形成致密的保护膜有关。同时，也与溶液的浓度、温度以及氧扩散进入金属表面的量有关。

酸性盐如AlCl3、NiSO4、MnCl2、FeCl2等水解后生成酸，其腐蚀速度与相同pH值的酸相类似。

碱性盐水解后生成碱，如Na3PO4、Na22B2O7、Na2SiO3、Na2CO3等水解后，当pH值大于10,就成为缓蚀剂。尤其象Na3PO4和Na2SiO3等，由于能在表面生成具有较好保护性的盐膜，即使pH值低于10，其缓蚀效果仍较好。

氧化性盐可分为两类，一类如FeCl3、HgCl2、NaCIO等，由于它们是很强的去极化剂，能吸收阳极金属溶解释放出来的电子，从而加速阳极区金属的溶解，对钢铁腐蚀很严重；另一类盐如Na2CrO4、KMnO4、K2Cr2O7等，当其含量足够时，能促使钢的表面钝化而抑制腐蚀。

重金属盐类如CuSO4、NiSO4、AgNO2等的阳离子，比金属铁的电位更正,使得铁被腐蚀，而溶液中铜、镍、银等金属离子被置换并在铁上析出。

3．酸中的腐蚀：铁碳合金在不同性质的酸溶液中，腐蚀速度是不相同的。

盐酸是一种强腐蚀还原性酸，钢铁在盐酸中耐蚀性能极低。腐蚀过程中，由阴极氢去极化析出氢，并生成可溶性的腐蚀产物，不能阻止金属的继续溶解，铁碳合拿在盐酸中的腐蚀速度随酸浓度的升高而急剧上升。随着酸溶液温度升高，铁碳合金在酸中氢的过电位减小，加速了腐蚀过程的进行。

9

低浓度硫酸属于非氧化性酸，对铁碳合金产生强烈的氢去极化腐蚀。此时，腐蚀速度随硫酸的浓度增加而增大，浓度达到47～50％时，腐蚀速度最大；当硫酸浓度再增大，由于浓硫酸具有氧化性，它本身被还原成二氧化硫，而使铁生成具有保护性的钝化膜，腐蚀速度逐渐下降。当硫酸浓度达到70～100％时，腐蚀速度甚低。因此，可以使用碳钢制作贮存等设备。在室温下密闭贮趣浓硫酸(浓度>80％)。铸铁也可以制作在这种条件下的受力不大的输送硫酸的管道、泵和阀门等设备。

在浓度超过100％的发烟硫酸中，由于钝化膜遭到破坏，腐蚀速度上升。游离SO2浓度再继续增大，可能是因为此时形成了硫酸盐或硫化物保护膜的原因，腐蚀速度又重新开始下降。

铸铁在硫酸中的腐蚀行为与碳钢相类似，高浓度的发烟硫酸会导致铸铁内部和石墨的氧化，产生晶间腐蚀。

在小于65％的硫酸中，无论在任何温度下，铁碳合金都不能使用。当温度高于65℃时，不论硫酸浓度多大，铁碳合金一般也不能使用。

硝酸具有氧化性。稀硝酸分解时放出氧原子，本身被还原为NO；浓硝酸分解时放出氧原子，本身被还原为NO2。随着硝酸浓度的增大，碳钢的腐蚀速度上升，当硝酸浓度达到30％时，碳钢的腐蚀速度最大。硝酸浓度在50～80％之间时，碳钢钝化，腐蚀速度显著下降。但当硝酸浓度大于90％以后，碳钢表面致密的具有保护性的氧化膜，会进一步氧化成可溶性高价氧化物，使腐蚀速度急剧上升。在实际生产条件下，由于温度升高，碳钢在硝酸中钝化膜易被破坏，并且在浓度较高的硝酸中，碳钢会产生晶间腐蚀破坏，所以一般在硝酸生产中不用铁碳合金。

碳钢在浓度低于70％的氢氟酸中会遭到剧烈的腐蚀。但在浓度高于75％、温度低于60℃的氢氟酸中，碳钢却是稳定的，这是由于铁表面生成的氟化物，随氢氟酸浓度增加，溶解度下降的缘故。对于无水的氢氟酸，碳钢更为耐蚀。因此，可用碳钢制作贮存浓度在80％以上的氢氟酸容器。铸铁在氢氟酸中可能会出现晶间腐蚀，不宜用作容器。

在非氧化性的有机酸中，对碳钢腐蚀强烈的是草酸、蚁酸、醋酸、柠檬酸和乳酸。在有机酸中，碳钢腐蚀速度随着氧的进人和温度的升高而上升。然而，它们的腐蚀作用比起同等浓度的无机酸要弱。

在无酸无水有机介质中，如甲醇、乙醇、苯、二氧乙烷、苯胺等，铁碳合金是化学稳定的。铁碳合金在纯的石油烃类中，腐蚀也不显著。但当介质中存在硫化氢和硫醇等杂质时，腐蚀速度迅速上升。

总的来说，碳钢耐蚀并可适用的介质有：低于70℃的80～100％的硫酸,20℃的90～100％或小于10％的醋酸，60～100％的沸腾氢氟酸，低于120℃而浓度不超过35％的氢氧化钠、氨水和液氨、常温稀硝酸铵、氯化钠、碳酸铵、20℃的硫酸钠、沸腾稀碳酸钠、饱和沸腾碳酸氢钠、温度低于200℃而浓度小于80％的硫化氢、汽油、焦油、丙酮和20℃

10

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库工程材料及其耐腐蚀性(2)在线全文阅读。