腐蚀现象实质是环境介质对材料反应敏感性的反映。通常根据材料被腐蚀的速率,分成耐蚀材料、尚耐蚀材料和不耐蚀材料。由于千变万化的环境条件和材料的缺陷,使腐蚀变得复杂而难以预计。
1. 均匀腐蚀
由于化学或电化学反应,使材料表面失去金属,导致壁厚减薄失效的均匀腐蚀,可以参考经验和试验的腐蚀速率数据和设计寿命,选用耐蚀材料(含复合材料)或增加管道的腐蚀裕量。
2. 应力腐蚀
应力腐蚀泛指由于腐蚀和应力共同作用,造成结构材料破坏失效。包括应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、磨蚀、氢脆和氢鼓泡等应力腐蚀,占腐蚀失效的1/3以上。要防止或减少应力腐蚀开裂,还要了解应力的性质和应力源。应力腐蚀开裂是拉应力与腐蚀共同作用的结果,而应力源主要来自焊接残余应力和加工残余应力以及热应力。因此,对有SCC倾向的材料-环境组合,在条件允许时应避开敏感区;管道布置时应注意增加其柔性,以降低热应力水平;设计文件中应明确提出热处理要求,以消除或降低残余应力。必要时选用超低碳双相不锈钢。
3. 局部腐蚀
局部腐蚀多属微电池作用引起的局部破坏,如点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀以及不同电势材料间的电化学腐蚀,局部腐蚀占腐蚀失效的30%左右。缝隙腐蚀一般发生在缝隙中。为此管道设计应尽量避免螺纹连接和承插焊连接。不同材料等级的管道,最好以法兰为界,避免异种钢材焊接,以避免材料间电化学腐蚀的发生。防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀可选用超低碳材料,也可选用含稳定元素(Ti,Nb)材料,还可以对材料进行固溶处理。
4. 其他腐蚀
管道材料的防腐还应考虑大气的影响。海洋大气和工业大气由于氯离子和H2S,SO2等的作用,腐蚀有时是很严重的。不锈钢管在海洋大气或工业大气环境,进行表面防腐处理也有利于防止湿热状态下的腐蚀破坏。对含湿的酸性气体(如CO2,SO2,H2S)和氯气管道,由于操作条件改变,气候的变化可能出现露点腐蚀。某厂生产装置大幅度增加水碳比,约四周后,某换热器三通处突然爆破起火,爆破口壁厚仅剩3mm,据分析,高水碳比下,露点比原设计高约10℃,露点腐蚀和冲刷腐蚀共同导致了管道破坏失效。管道可采用伴热的方式维持管内介质温度在露点以上。