化學(xué)腐蝕引起的損壞事故的分析

張永友

摘 要：文章列舉了氧化鐵皮出現(xiàn)的三種化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象：高溫腐蝕，化學(xué)成分，堆積物。分析了各自發(fā)生的原因，也提出了預(yù)防的辦法，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有一定的意義。

關(guān)鍵詞：腐蝕；高溫；化學(xué)成分；堆積物

按照DIN50900的定義，對(duì)腐蝕作了如下說(shuō)明：腐蝕就是用化學(xué)或電化學(xué)方法侵蝕材料表面。在這一概念中包含的腐蝕有在高溫下氧化性氣體引起的腐蝕，被氫侵蝕的特殊腐蝕及具有活性的液體（電解液）引起的腐蝕三種情況。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，它又以不同的形式表現(xiàn)出來(lái)，有如下三種現(xiàn)象：

（1）高溫腐蝕。在通常的情況下，氧化鐵皮的生成是由于大氣中的氧侵蝕金屬所致。大氣中的氧對(duì)金屬的侵蝕顯著地依存于溫度。關(guān)于時(shí)間則遵循拋物線定律。氧化鐵層的生長(zhǎng)，一方面是由于氧的侵入，再一方面是由于金屬?gòu)膬?nèi)部向表面擴(kuò)散所致。非合金鋼的氧化鐵皮由鐵的氧化物構(gòu)成，其含氧量從表面到內(nèi)部逐漸減少，有顯微組織可以清楚地看到，這種氧化鐵是不致密的。燃燒氣中的硫，尤其在氧分壓低時(shí)，強(qiáng)烈地侵蝕材料。這時(shí)的腐蝕生成物是金屬硫化物。而在氧分壓高時(shí)，主要生產(chǎn)氧化物。在400-600的溫度下硫化氫侵蝕材料很快。

由于用鉻，硅，鋁使鋼合金化或添加硒土類金屬，生成無(wú)滲透性的黏著氧化鐵皮，提高了對(duì)生成氧化鐵皮的抵抗能力。關(guān)于鎳，如果鋼中含有硫，則生成低熔點(diǎn)的硫化物。含五氧化釩的油的燃燒沉積物等特殊粉塵的堆積，氧化鐵皮將顯著生長(zhǎng)，其原因是這些粉塵和周圍保護(hù)膜的氧化鐵層發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的化合物，因而失去了作為保護(hù)膜的效果。

在含氮?dú)怏w及滲碳性氣體中，由于生成淡化物和炭化物，從合金鋼的母相中奪取鉻和鋁，從而降低了阻止氧化皮的能力。

在氧分壓和水蒸氣分壓低時(shí)，不生成致密的氧化性保護(hù)膜。含鎳量高的NI-CR鋼，只有容易氧化的鉻被氧化，鎳不被氧化，這被稱為內(nèi)部氧化，鉻氧化物變成藍(lán)色后析出，稱為藍(lán)銹。

也有因?yàn)榱蚧瘹湟鹧趸F皮生成的情況。某石油精煉用揮發(fā)油脫硫裝置的管子發(fā)生了縱向裂紋，工作溫度在600度左右，管子材料為耐熱鋼，在產(chǎn)生裂紋之前發(fā)生了膨脹。根據(jù)鮑曼式硫磺檢驗(yàn)，確認(rèn)管子的內(nèi)側(cè)和外側(cè)含硫量高，采用化學(xué)分析得知，內(nèi)側(cè)的被膜由70%的硫化鐵構(gòu)成。表面和裂紋壁由硫化鐵覆蓋。在管子的中心部分也發(fā)生了細(xì)的晶間裂紋。這種晶間裂紋是在對(duì)這種鋼施加超過(guò)蠕變強(qiáng)度的載荷時(shí)產(chǎn)生的。與未使用的管子的組織對(duì)比來(lái)看，管壁的溫度肯定不止600度，這可以從管子在發(fā)生裂紋前存在顯著膨脹來(lái)說(shuō)明。同時(shí)也說(shuō)明這不是管子裂開的主要原因。主要原因應(yīng)該是內(nèi)側(cè)的具有絕熱效果的被膜，該被膜是由揮發(fā)性原料生成的硫化氫對(duì)鋼的腐蝕產(chǎn)物，該產(chǎn)物是絕熱的，在600度以上的高溫下，大幅膨脹，造成了管子的開裂。

（2）還有在含氧量低的高溫氣體中耐熱鋼生成氧化鐵皮的事例。用不銹鋼制成的管子，在加熱爐中使用僅一個(gè)半月后完全變脆，在部分的縱向和橫向焊縫上發(fā)生裂紋而短裂。該管子，由燃燒氣從外側(cè)加熱到1100度，為了防止產(chǎn)生氧化鐵皮，在管子內(nèi)側(cè)通含氫量高的混合氣。管子的內(nèi)側(cè)未被侵蝕，但是，顯著地生成氧化鐵皮，氧化鐵皮的化學(xué)成分是：硫0.002%，碳1.46%，氮0.46%。在管子的外表面生成氧化被膜，而在管子的內(nèi)側(cè)附著著厚的氧化物系氧化鐵皮。一部分已經(jīng)剝落。氧化主要在奧氏體晶間進(jìn)行，對(duì)斷面的研磨面進(jìn)行腐蝕，則可知有低鉻高鎳的金屬成分析出，并游歷在網(wǎng)狀的氧化物中。在其下側(cè)的組織中，由于碳向內(nèi)部擴(kuò)散，所以碳濃度增高。析出物的含量，從管子的內(nèi)側(cè)表面向外側(cè)表面連續(xù)地減少。由上面的敘述可知，在氧化鐵層的下面析出了炭化物和氮化物是管子脆化的原因，氧化介質(zhì)是水蒸氣。

（3）礦物質(zhì)的堆積物和氧化鐵皮反應(yīng)，使得材料的穩(wěn)定性降低的事例。某石油分解裝置的反應(yīng)管由耐熱鋼制成，用煤氣火焰從外側(cè)加熱達(dá)到1010度，結(jié)果出現(xiàn)了損壞，其現(xiàn)象是稍微延伸，有些地方鼓了起來(lái)。根據(jù)化學(xué)分析的結(jié)果，確認(rèn)了氧化鐵皮的含硫量只有0.006%，通過(guò)觀察顯微鏡式樣，發(fā)現(xiàn)斷面研磨面的組織發(fā)生了變化。這個(gè)區(qū)域的奧氏體稍微增碳，進(jìn)而可以在顯微鏡下看到有沙粒存在，這些砂粒的表面層和其周圍的鐵及其熔渣發(fā)生了種種反應(yīng)。有一些地方形成了共晶，管子內(nèi)側(cè)的表面層組織和鑄造后的新管子的表面層組織相比較，沒(méi)有看到明顯的變化。根據(jù)用從未使用的管子采取的試片進(jìn)行的加熱實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了發(fā)生同樣的組織變化是在1100度以上的溫度，所以，報(bào)告上顯示的溫度并不準(zhǔn)確。這也就是說(shuō)，鋼處于的溫度超過(guò)了其本身對(duì)氧化鐵皮的抵抗能力，并且，由于砂粒的存在，也促進(jìn)了氧化鐵皮的生成。根據(jù)上述的情況，為了防止未來(lái)的事故，采取的對(duì)策是對(duì)管子的表面進(jìn)行機(jī)械加工，去除堆積物。

生產(chǎn)實(shí)踐中現(xiàn)實(shí)發(fā)生的腐蝕的事例很多，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，分析并找出其原因，并采取適宜的對(duì)策，有利于提高企業(yè)效率，保證安全生產(chǎn)，避免或減少事故，減少浪費(fèi)。

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