第一节 腐蚀的定义及分类
一、腐蚀的定义
腐蚀Corrosion来自拉丁文“Corrode”，意为“损坏”、“腐烂”。日常生活所见到的铁生锈就是铁及铁基合金生成水合氧化铁为主的腐蚀。腐蚀最初只局限于金属材料。H.H.Hhlig在《腐蚀与腐蚀控制——腐蚀科学与腐蚀工程导论》一书中指出，腐蚀是金属和周围环境起化学或电化学反应而导致的破坏性侵蚀。国际标准化组织ISO 6044—1999和我国国标GB/T 10123—2001将腐蚀定义为“金属和环境间的物理—化学相互作用，其结果是使金属性能发生变化，导致金属、环境及其构成的技术体系功能受到损伤”。
狭义的腐蚀只是指金属的腐蚀，然而随着时代进步和科技发展，金属之外其他材料，如非金属材料、高分子材料和复合材料等应用越来越广泛，这些材料在使用过程中同样会因环境作用发生功能损伤现象。广义的腐蚀包含所有的天然材料和人造材料，因此腐蚀的广义定义是“材料和环境发生化学或电化学作用而导致材料功能损伤的现象”。
二、腐蚀的分类
1.根据腐蚀机理分类
（1）化学腐蚀（Chemical Corrosion）化学腐蚀指金属与腐蚀介质直接发生反应，在反应过程中没有电流产生。这类腐蚀过程是氧化还原的纯化学反应，带有价电子的金属原子直接与反应物分子相互作用。因此，金属转变为离子状态和介质中氧化剂组分的还原是在同时、同一位置发生的。最重要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，如金属的氧化过程或金属在高温下与SO2、蒸汽等的化学作用等。
化学腐蚀的腐蚀产物在金属表面形成表面膜，表面膜的性质决定了化学腐蚀速度。如果膜的完整性、强度、塑性都较好，膜的膨胀系数与金属接近、膜与金属的亲和力较强等情况下，则有利于保护金属、降低腐蚀速度。在实际中，单纯的化学腐蚀是很少见的，更为常见的是电化学腐蚀。
（2）电化学腐蚀（Electrochemical Corrosion）电化学腐蚀是最常见的腐蚀形式，自然条件下，如潮湿大气、海水、土壤、地下水以及化工、冶金生产中绝大多数介质中金属的腐蚀通常具有电化学性质。电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生了电化学反应而发生的腐蚀。其特点是，在腐蚀过程中同时存在两个相对独立的反应过程——阳极反应和阴极反应，并与流过金属内部的电子流和介质中定向迁移的离子联系在一起，即在反应过程中伴有电流产生。阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程。阴极反应是介质中的氧化剂得到电子发生还原反应的过程。例如，碳钢在酸性介质中腐蚀时，在阳极区Fe被氧化为Fe2+，所放出的电子自阳极（Fe）转移到钢表面的阴极区，与H+作用而还原生成H2，即
阳极反应：Fe→Fe2++2e
阴极反应：2H++2e→H2
电化学腐蚀的特点是：
①介质为离子导电的电解质；
②金属/电解质界面反应过程是因电荷转移而引起的电化学过程，必须包括电子和离子在界面上的转移；
③界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化还原过程，金属/电解质界面上伴随电荷转移发生的化学反应称为电极反应；
④电化学腐蚀过程伴随电子的流动，即电流的产生。
电化学腐蚀实际上是一个短路的原电池电极反应的结果，这种原电池又称为腐蚀原电池。一般来说，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多，金属的电化学腐蚀是普遍的腐蚀现象，它所造成的危害和损失也是极为严重的。
（3）物理腐蚀（Physical Corrosion）物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用引起的破坏。熔融金属中的腐蚀就是固态金属与熔融液态金属（如铅、钵、钠、汞等）相接触引起的金属溶解或开裂。这种腐蚀是由于物理溶解作用形成合金，或液态金属渗入晶界造成的。例如存放熔融锌的钢容器Fe在高温下被液态Zn熔解，容器变薄。
（4）生物腐蚀（Biological Corrosion）生物腐蚀指金属表面在某些微生物生命活动或其产物的影响下所发生的腐蚀。这类腐蚀很难单独进行，但它能为化学腐蚀、电化学腐蚀创造必要的条件，促进金属的腐蚀。微生物进行生命代谢活动时会产生各种化学物质，如含硫细菌在有氧条件下能使硫或硫化物氧化，反应最终将产生硫酸，这种细菌代谢活动所产生的酸会造成水泵等机械设备的严重腐蚀。
2.根据金属腐蚀的破坏形式（腐蚀形态）分类
（1）全面腐蚀（General Corrosion）全面腐蚀是腐蚀分布在整个金属表面上，可能是均匀的也可能是不均匀的，它使金属含量减少，金属变薄，强度降低。全面腐蚀的阴阳极是微观变化的。
（2）局部腐蚀（Localized Corrosion）局部腐蚀是发生在金属表面局部某一区域，其他部位几乎未破坏。局部腐蚀的阴阳极是截然分开的，通常是阳极区表面积很小，阴极区表面积很大，可以进行宏观检测。局部腐蚀的破坏形态较多，对金属结构的危害性也比全面腐蚀大得多。主要有以下几种类型：
①电偶腐蚀（Galvanic Corrosion）。两种电极电势不同的金属或合金在电解质溶液中接触时，即可发现电势较低的金属腐蚀加速，而电势较高的金属腐蚀反而减慢（得到了保护）。这种在一定条件下（如电解质溶液或大气）产生的电化学腐蚀，即一种金属或合金由于同电极电势较高的另一种金属接触而引起腐蚀速度增大的现象，称为电偶腐蚀或双金属腐蚀，也叫做接触腐蚀。
②点蚀（Pitting Corrosion）。点蚀又称孔蚀，金属表面上极为个别的区域被腐蚀成一些小而深的圆孔，而且蚀孔的深度一般大于孔的直径，严重的点蚀可以将设备蚀穿。蚀孔的分布情况是不一样的，有些孤立地存在，有些则紧凑在一起。在蚀孔的上部往往都有腐蚀产物覆盖。点蚀是不锈钢和铝合金在海水中典型的腐蚀方式。
③缝隙腐蚀（Crevice Corrosion）。金属构件一般都采用铆接、焊接或螺钉连接等方式进行装配，在连接部位就可能出现缝隙。缝隙内金属在腐蚀介质中发生强烈的选择性破坏，使金属结构过早地损坏。缝隙腐蚀在各类电解质溶液中都会发生，钝化金属如不锈钢、铝合金、铁等对缝隙腐蚀的敏感性最大。
④晶间腐蚀（Intergranular Corrosion）。腐蚀破坏沿着金属晶粒的边界发展，使晶粒之间失去结合力，金属外形在变化不大时即可严重丧失其力学性能。
⑤剥蚀（Delamination Corrosion）。剥蚀又称剥层腐蚀。这类腐蚀在表面的个别点上产生，随后在表面下进一步扩展，并沿着与表面平行的晶界进行。由于腐蚀产物的体积比原金属体积大，从而导致金属鼓胀或者分层剥落。某些合金、不锈钢的型材或板材表面和涂金属保护层的金属表面可能发生这类腐蚀。
⑥选择性腐蚀（Selective Corrosion）。多元合金在腐蚀介质中某组分优先溶解，从而造成其他组分富集在合金表面上。黄铜脱锌便是这类腐蚀典型的实例。由于锌优先腐蚀，合金表面上富集铜而呈红色。
⑦丝状腐蚀（Filiform Corrosion）。丝状腐蚀是有涂层金属产品上常见的一类大气腐蚀。如在镀镍的钢板上、在镀铬或搪瓷的钢件上都曾发现这种腐蚀。而在清漆或瓷漆下面的金属上这类腐蚀发展得更为严重。因多数发生在漆膜下面，因此也称作膜下腐蚀。
（3）应力腐蚀（Stress Corrosion）应力作用下的腐蚀为材料在应力和腐蚀环境协同作用下发生的开裂及断裂失效现象。主要分为如下几类：
①应力腐蚀断裂（Stress Corrosion Cracking）；
②氢脆（Hydrogen Embittlement）和氢致开裂（Hydrogen Induced Cracking）；
③腐蚀疲劳（Corrosion Fatigue）；
④磨损腐蚀（Erosion Corrosion）；
⑤空泡腐蚀（Cavitation Corrosion）；
⑥微振腐蚀（Fretting Corrosion）。
统计调查结果表明，在所有腐蚀中腐蚀疲劳、全面腐蚀和应力腐蚀引起的破坏事故所占比例较高，分别为23%、22%和19%，其他10余种形式腐蚀合计36%，如图1-1所示。由于应力腐蚀和氢脆的突发性，其危害性最大，常常造成灾难性事故，在实际生产和应用中应引起足够的重视。
图1-1 腐蚀类型及所占比例
三、金属管道腐蚀的类型与破坏形式
1.金属管道腐蚀的类型
由于金属管道腐蚀的现象与机理比较复杂，故腐蚀分类方法多种多样。常用的分类方法如下：
1）按照腐蚀环境分类，可分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等。
2）根据腐蚀过程的特点和机理分类，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。
2.金属管道腐蚀的破坏形式
按照腐蚀破坏形式，金属管道的腐蚀可分为均匀腐蚀（全面腐蚀）和局部腐蚀两大类。
（1）均匀腐蚀 均匀腐蚀是指整个金属管道表面均匀地发生腐蚀，如图1-2所示。均匀腐蚀的危险性相对较小，因为若知道了腐蚀的速度，即可推知材料的使用寿命与其腐蚀容差，并在设计时将此因素考虑在内。
图1-2 均匀腐蚀的管道
（2）局部腐蚀 局部腐蚀是指整个金属管道仅局限于一定的区域腐蚀，而其他部位则几乎未被腐蚀，如图1-3所示。
局部腐蚀可分为如下类型：
①小孔腐蚀。又称点蚀，在金属管道某些部位，被腐蚀成一些小而深的孔，并向深处发展，严重时发生穿孔。
②电偶腐蚀。具有不同电极电位的金属互相接触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀，电位相对较负的金属被腐蚀。如两种不同材质管道的连接处及管道基体与焊缝之间。
图1-3 局部腐蚀的管道
③氢脆。金属管道在某些介质溶液中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子渗入金属管道内部，使管道变脆，并在应力的作用下发生脆裂。如含硫化氢（H2S）的油、气输送管线中常发生这种腐蚀。
④应力腐蚀破裂（SCC）。金属管道在拉应力和介质的共同作用下所引起的腐蚀破裂。如含H2S井的油管腐蚀。
⑤晶间腐蚀。腐蚀发生在金属晶体的边界上，并沿晶界向纵深处发展，晶粒间的结合力减小，内部组织变得很松弛，从而机械强度大大降低。例如，奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢管道常出现这种腐蚀。
⑥选择性腐蚀。多元合金管道中的某一组分，由于腐蚀优先溶解到溶液中去，从而造成其他组分富集在合金表面上。如黄铜脱锌。
⑦磨损腐蚀。介质运动速度大或介质与金属管道相对运动速度大，而使金属管道局部表面遭受严重的腐蚀损坏的一种腐蚀形式。
⑧细菌腐蚀。在细菌繁殖活动参与下发生的腐蚀。石油天然气集输介质中常见的细菌包括硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和铁细菌（FB）等。
⑨垢下腐蚀。由于管道结垢，而垢层比铁的电位高，形成电偶电池引起垢下腐蚀。垢下腐蚀均为孔蚀，严重时造成管线穿孔。
除上述腐蚀类型外，还有缝隙腐蚀、穿晶腐蚀、微振腐蚀、浓差电池腐蚀等。