化工材料与防腐化工材料与防腐Corrosion of Chemical EngCorrosion of Chemical Engineering Materials and Corineering Materials and Cor

rosion Control rosion Control ———— 绪 论 绪 论 IntroductioIntroductionn

0.1 腐蚀的危害

1. 1. 经济损失 经济损失 2. 2. 对安全和环境的危害 对安全和环境的危害 3. 3. 阻碍新技术的发展 阻碍新技术的发展 4. 4. 促进自然资源的耗损 促进自然资源的耗损

经济损失包括直接损失和间接损失经济损失包括直接损失和间接损失 直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐

蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。 间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、

停产；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蚀停产；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蚀使产品污染，质量下降，设备效率降低，能使产品污染，质量下降，设备效率降低，能耗增加；在计算壁厚时需增加腐蚀裕度，造耗增加；在计算壁厚时需增加腐蚀裕度，造成钢材浪费等。成钢材浪费等。

工业发达国家每年由于金属腐蚀的直工业发达国家每年由于金属腐蚀的直接损失约占全年国民经济总产值的接损失约占全年国民经济总产值的22 ～～ 4%4% 。我国。我国 20082008 年因腐蚀造成年因腐蚀造成经济损失已超过经济损失已超过 90009000 亿元，相当于亿元，相当于每人每年承担接近每人每年承担接近 800800 元的腐蚀损失。元的腐蚀损失。

金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总灾、风灾和地震（平均值）损失的总和。 和。

间接损失远大于直接损失，且难以间接损失远大于直接损失，且难以估计。以化工流程设备腐蚀导致停估计。以化工流程设备腐蚀导致停产的腐蚀损失为例：中原油田产的腐蚀损失为例：中原油田 19931993年管线与容器腐蚀穿孔年管线与容器腐蚀穿孔 83458345 次，更次，更换油管换油管 590590 公里，直接经济损失公里，直接经济损失 70700000 多万元，而产品流失、停产、效多万元，而产品流失、停产、效率下降、环境污染等的间接损失可率下降、环境污染等的间接损失可达达 22 亿多元。 亿多元。

举例举例 11 19751975 年美国芝加哥一个大的炼油厂一根年美国芝加哥一个大的炼油厂一根 15cm15cm 的不的不

锈钢弯管破裂引起爆炸和火灾，停车锈钢弯管破裂引起爆炸和火灾，停车 66 周，这次腐周，这次腐蚀事故总维修费蚀事故总维修费 5050 万美元，停车造成的税收损失高万美元，停车造成的税收损失高达达 500500 万美元。万美元。

美国：美国： 19491949 年 年 5555 亿美元亿美元 19601960 ～～ 19691969 年 年 150150 ～～ 200200 亿美元亿美元 19751975 年 年 700700 亿美元亿美元 19821982 年 年 12691269 亿美元亿美元 19951995 年 年 80008000 亿美元 亿美元 英国：英国： 19691969 年 年 13.6513.65 亿英镑（亿英镑（ 27.327.3 亿美元）亿美元）

美国人在实施登月计划的过程中，遇到一个美国人在实施登月计划的过程中，遇到一个严重的腐蚀问题：盛四氧化二氮（氧化剂）严重的腐蚀问题：盛四氧化二氮（氧化剂）的容器是用钛合金（的容器是用钛合金（ 66 ％％ A1A1 ，， 44 ％％ VV ）制）制成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方法：在氧化剂中加入少量水（＞法：在氧化剂中加入少量水（＞ 1.51.5 ％）或％）或加加 0.60.6 ％％ NONO ，作为缓蚀剂，控制了应力腐，作为缓蚀剂，控制了应力腐蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。

举例举例 22

20042004 年年 88 月月 99日日本关西电力公司美滨核日日本关西电力公司美滨核电站机室蒸汽泄露事故 电站机室蒸汽泄露事故

关西电力公司美滨核电站关西电力公司美滨核电站 33号机涡轮机室号机涡轮机室的冷凝管道在冷却水的腐蚀下逐渐变薄，的冷凝管道在冷却水的腐蚀下逐渐变薄，配管由碳素钢制造。管壁的厚度原先为配管由碳素钢制造。管壁的厚度原先为 1010毫米，但事故后从在破损处测定的数据来毫米，但事故后从在破损处测定的数据来看最薄处只有看最薄处只有 1.41.4毫米。 毫米。

44 人死亡人死亡 77 人受伤 人受伤

举例举例 33

举例举例 44

20042004 年年 44 月月 1515日日 2l2l 时，重庆天原化时，重庆天原化工总厂氯氢分厂工总厂氯氢分厂 11号氯冷凝器列管腐号氯冷凝器列管腐蚀穿孔，造成含铵盐水泄漏到液氯系蚀穿孔，造成含铵盐水泄漏到液氯系统，生成大量易爆的三氯化氮。统，生成大量易爆的三氯化氮。 1616日日凌晨发生排污罐爆炸，凌晨发生排污罐爆炸， 11 时时 2323分全厂分全厂停车，停车， 22 时时 1515分左右，排完盐水后分左右，排完盐水后 44hh 的的 11号盐水泵在静止状态下发生爆号盐水泵在静止状态下发生爆炸，泵体粉碎性炸坏。 炸，泵体粉碎性炸坏。

1616日日 1717 时时 5757分，在抢险过程中，突然分，在抢险过程中，突然听到连续两声爆响，液氯储罐内的三氯听到连续两声爆响，液氯储罐内的三氯化氮突然发生爆炸。爆炸使化氮突然发生爆炸。爆炸使 55号、号、 66号号液氯储罐罐体破裂解体井炸出液氯储罐罐体破裂解体井炸出 11 个长个长 99mm 、宽、宽 4m4m 、深、深 2m2m 的坑，以坑为中心，的坑，以坑为中心，在在 200m200m 半径内的地面上和建筑物上有半径内的地面上和建筑物上有大量散落的爆炸碎片。爆炸造成大量散落的爆炸碎片。爆炸造成 99 人死人死亡，亡， 33 人受伤，该事故使江北区、渝中人受伤，该事故使江北区、渝中区、沙坪坝区、渝北区的区、沙坪坝区、渝北区的 1515 万名群众疏万名群众疏散，直接经济损失散，直接经济损失 277277 万元 。万元 。

事故爆炸直接因素关系链为：设备腐事故爆炸直接因素关系链为：设备腐蚀穿孔呻盐水泄漏进入液氯系统一氯蚀穿孔呻盐水泄漏进入液氯系统一氯气与盐水中的铵反应生成三氯化氮一气与盐水中的铵反应生成三氯化氮一三氯化氮富集达到爆炸浓度三氯化氮富集达到爆炸浓度 (( 内因内因 )→)→启动事故氯处理装置振动引爆三氯化启动事故氯处理装置振动引爆三氯化氮氮 ((外因外因 )) 。 。

根据重庆大学的技术鉴定和专家的分析，造成氯气泄漏和盐水流失的原因是 1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔。腐蚀穿孔的原因主要有 5 个； 　①氯气、液氯、氯化钙冷却盐水对氯气冷凝器存在普遍的腐蚀作用。 　②列管内氯气中的水分对碳钢的腐蚀。 　③列管外盐水中由于离子电位差异对管材发生电化学腐蚀和点腐蚀。 　④列管与管板焊接处的应力腐蚀。 　⑤使用时间较长，并未进行耐压试验，使腐蚀现象未能在明显腐蚀和腐蚀穿孔前及时发现。

因腐蚀每年约因腐蚀每年约 30%30% 的钢铁产品报废，的钢铁产品报废， 1010

%% 的钢铁将全部变为无用的铁锈。以此计的钢铁将全部变为无用的铁锈。以此计算我国每年因腐蚀损失的钢铁约为算我国每年因腐蚀损失的钢铁约为 10001000

万吨，相当于首钢全年的钢铁产量。 万吨，相当于首钢全年的钢铁产量。 仅锅炉结垢降低传热效率一项，我国每年仅锅炉结垢降低传热效率一项，我国每年

就要多消耗就要多消耗 17501750 万吨标准煤，它相当于万吨标准煤，它相当于全国煤炭行业两年的增产量。 全国煤炭行业两年的增产量。

腐蚀是自然界中所有物体都要面对的消损腐蚀是自然界中所有物体都要面对的消损破坏现象，不仅消耗资源、污染环境，甚破坏现象，不仅消耗资源、污染环境，甚至危及人类的安全和健康。人类无法根除至危及人类的安全和健康。人类无法根除腐蚀，但可以控制腐蚀，只要采取现有的腐蚀，但可以控制腐蚀，只要采取现有的有效的防腐蚀措施，就可以延长设备和装有效的防腐蚀措施，就可以延长设备和装备的使用寿命，积极推广采用节电、节能、备的使用寿命，积极推广采用节电、节能、环保和循环利用等防腐蚀新设备、新技术、环保和循环利用等防腐蚀新设备、新技术、新工艺、新材料，我国至少可以减少新工艺、新材料，我国至少可以减少 30%30%的腐蚀损失约的腐蚀损失约 15001500 亿元，占亿元，占 GDPGDP 的的 1%1%－－ 1.5%1.5% 。 。

Did you know... The cost of corrosion is about 3.5% of the GDP for a

developed country.    The latest figure from USA: corrosion cost USD$276b

per year    Singapore's GDP in 2001: S$158b  Corrosion costs Singapore: $158b x 3.5% = $5.53b per

year  Singapore’s population: 3m  Corrosion cost per head for Singapore: $1843/year   Surveys conducted by different countries showed that

20% of the corrosion cost can be saved if existing corrosion control technology was properly applied. 

Corrosion is recognized as one of the Corrosion is recognized as one of the most serious problems in our modern most serious problems in our modern societies and the resulting losses societies and the resulting losses each year are in the hundreds of each year are in the hundreds of billions of dollars. billions of dollars.

Cost of corrosion studies have been Cost of corrosion studies have been undertaken by several countries undertaken by several countries including, the United States, the including, the United States, the United Kingdom, Japan, Australia, United Kingdom, Japan, Australia, Kuwait, Germany, Finland, Sweden, Kuwait, Germany, Finland, Sweden, India, and China. India, and China.

The studies have ranged from The studies have ranged from formal and extensive efforts to formal and extensive efforts to informal and modest efforts. informal and modest efforts.

The common finding of these The common finding of these studies was that the annual studies was that the annual corrosion costs ranged from corrosion costs ranged from approximately 1 to 5 percent of approximately 1 to 5 percent of the Gross National Product the Gross National Product (GNP) of each nation.(GNP) of each nation.

The total direct cost The total direct cost of corrosion in of corrosion in America is America is estimated at $276 estimated at $276 billion per year, billion per year, which is which is 3.1 percent 3.1 percent of the 1998 U.S. of the 1998 U.S. gross domestic gross domestic product (GDP)product (GDP)..

  Infrastructure $22.6 billionInfrastructure $22.6 billion  Utilities $47.9 billionUtilities $47.9 billion  Transportation $29.7 billionTransportation $29.7 billion  Production and Manufacturing Production and Manufacturing

$17.6 billion$17.6 billion  Government $20.1 billionGovernment $20.1 billion  Total: $137.9 BILLIONTotal: $137.9 BILLION

Direct CostsDirect Costs

Indirect CostsIndirect Costs Cost of labor attributed to corrosion

management activities Cost of the equipment required

because of corrosion-related activities

 Loss of revenue due to disruption in supply of product

 Cost of loss of reliability Grand Total: $275.5 BILLION

金属腐蚀——“金属与其周围介质发生化学金属腐蚀——“金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏”。 或电化学作用而产生的破坏”。

腐蚀——材料（包括金属与非金属）由于环腐蚀——材料（包括金属与非金属）由于环境介质的作用而引起的破坏或变质。境介质的作用而引起的破坏或变质。

0.2 腐蚀的定义

化学、电化学作用，化学 - 机械、电化学 -机械、生物作用以及单纯的物理 (溶解 )作用等。不包括单纯机械作用所引起的材料断裂和磨损等破坏。

corrosionNACE International definition :The deterioration of a material, u

sually a metal, that results from a reaction with its environment.

-NACE=National Advisory Committee on Electronics 国家电子顾问委员会 [ 美 , 印 ]

0.3 金属腐蚀的分类

一、按腐蚀机理一、按腐蚀机理

化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀

金属与非电解质金属与非电解质直接发生化学作直接发生化学作用而引起的破坏 用而引起的破坏

金属与电解质溶金属与电解质溶液发生电化学作液发生电化学作用而引起的破坏 用而引起的破坏

二、按腐蚀形态二、按腐蚀形态

全面腐蚀全面腐蚀

局部腐蚀局部腐蚀

在力学和环境因素在力学和环境因素共同作用下的腐蚀共同作用下的腐蚀

全面腐蚀全面腐蚀

均匀的全面腐蚀均匀的全面腐蚀 不均匀的全面腐蚀不均匀的全面腐蚀

局部腐蚀 局部腐蚀

点蚀 点蚀

缝隙腐蚀 缝隙腐蚀

选择性腐蚀 选择性腐蚀

晶间腐蚀 晶间腐蚀

穿晶腐蚀 穿晶腐蚀

表面下腐蚀 表面下腐蚀

力学和环境因素力学和环境因素共同作用下的腐蚀共同作用下的腐蚀

氢致开裂 氢致开裂

应力腐蚀断裂 应力腐蚀断裂

腐蚀疲劳 腐蚀疲劳

磨损腐蚀 磨损腐蚀

三、按腐蚀过程进行的条件 三、按腐蚀过程进行的条件

高温气体腐蚀高温气体腐蚀 ((干腐蚀干腐蚀 ) )

水溶液腐蚀水溶液腐蚀 ((湿腐蚀湿腐蚀 ) )

产生腐蚀的环境状态 产生腐蚀的环境状态

在自然环境中的腐蚀 在自然环境中的腐蚀 工业环境介质中的腐蚀 工业环境介质中的腐蚀

大气腐蚀 大气腐蚀

土壤腐蚀 土壤腐蚀

淡水和海水腐蚀 淡水和海水腐蚀

微生物腐蚀 微生物腐蚀

在酸性溶液中的腐蚀在酸性溶液中的腐蚀

在碱性溶液中的腐蚀在碱性溶液中的腐蚀

在盐类溶液中的腐蚀在盐类溶液中的腐蚀

在工业水中的腐蚀在工业水中的腐蚀

在熔盐中的腐蚀在熔盐中的腐蚀

在液态金属中的腐蚀在液态金属中的腐蚀

What is Corrosion?Reaction of a metal with its environmentAqueous corrosion

reaction with water (usually containing dissolved ions)

High temperature oxidationreaction with oxygen at high

temperatureHigh temperature corrosion

reaction with other gases

Examples of CorrosionRusting of steel

corrosion product (rust) is solid but not protective

Reaction of aluminium with watercorrosion product is insoluble in

water, so may be protectiveBurning of magnesium in air

high temperature oxidation

forms of corrosion forms of corrosion  Cavitation  Crevice corrosion  Dealloying (selective leaching)  Environmental cracking

Stress corrosion cracking (SCC) Corrosion fatigue Hydrogen embrittlement

 Erosion corrosion  Exfoliation  Fretting corrosion  Galvanic corrosion  Intergranular corrosion  Lamellar corrosion  Pitting corrosion  Uniform corrosion