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常用特种金属材料的耐腐蚀特点及应用大盘点

日期: 2016-12-21
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随着国内经济的快速发展尤其是化工行业的技术改造升级的加快,特种金属材料在国内的应用越来越广泛,尤其是在石油、化工等相关行业,对生产设备的材料也提出了越来越高的防腐要求。

钛及钛合金
中国钛合金的生产与国外基本同步,但其推广应用要落后一些,尤其是民用。同时由于近几年来国外走私钛材及一些设备加工企业的无序竞争,一些不具备生产能力的企业以及一些中小乡镇企业采用劣质材料或以次充好也在一定程度上扰乱了钛设备市场,使设备使用厂家谈‘钛’色变,因此这种状况也对中国的钛设备行业的发展起到一定阻碍作用,须引起相关管理部门的注意,并且也应成为正在发展的其他特材的前车之鉴。

1 钛材的耐腐蚀特点

钛是具有强烈钝化倾向的金属,在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜,即使因为某些原因膜遭破坏,也能迅速自动恢复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。

由于钛的巨大钝化性能,在许多情况下与异种金属接触时,并不加快腐蚀,而可能加快异种金属的腐蚀。如在低浓度非氧化性的酸中,若将Pb、Sn、Cu或蒙乃尔合金与钛接触形成电偶时,这些材料腐蚀加快,而钛不受影响。而在盐酸中,钛与低碳钢接触时,由于钛表面产生新生氢,破坏了钛的氧化膜,不仅引起钛的氢脆,而且加快钛的腐蚀,这可能是由于钛对氢有高度的活性所致。
钛中的含铁量对某些介质中的耐腐蚀性能有影响,铁增多的原因除原材料的原因外,常常是焊接时沾污的铁渗入焊道,使焊道中局部含铁量增高,这时腐蚀具有不均匀的性质。使用铁件支撑钛设备时,铁钛接触面上的铁沾污几乎是不可避免的在铁沾污区腐蚀加速,特别是在有氢存在的情况下。当沾污表面的钛氧化膜发生机械损坏时,氢就渗入金属,根据温度、压力等条件,氢发生相应的扩散,这使钛产生不同程度的氢脆。因此钛在中等温度和中等压力和含氢系统中使用要避免表面铁污染。

在一般情况下,钛不会发生孔蚀。钛还具有抗腐蚀疲劳稳定性。

钛耐缝隙腐蚀性能较好,尤其是Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金,因此Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金广泛用于容器设备的密封面材料,以解决设备密封面缝隙腐蚀问题。

  2 钛材的应用

由于钛材的优良耐腐蚀性能,钛材广泛应用于石油、化工、制盐、制药、冶金、电子、航空、航天、海洋等相关领域。

钛对大多数盐溶液来说具有优异的耐蚀性,如钛在氯化物溶液中比高铬镍钢耐蚀,并无孔蚀现象。但在三氯化铝中腐蚀率较高,这与三氯化铝水解后产生浓盐酸有关。钛对热的亚氯酸钠和各种浓度的次氯酸盐也有良好的稳定性。因此钛材广泛用于真空制盐和漂粉精行业。

钛对大多数的碱溶液具有良好的耐蚀性。钛在浓度小于50%的氢氧化钠和氢氧化钾溶液中较为稳定。如果碱溶液中含有氯离子或氯化物,则其耐蚀性甚至超过镍和锆。但在温度和浓度增大的情况下,腐蚀会增大。现在氯碱行业是国内民用钛材应用的最大领域。

钛在干燥的氯气中不耐蚀,同时有着火的危险,但在潮湿的氯气中具有很高的稳定性,超过锆、哈氏合金C及蒙乃尔合金,甚至在饱和氯气的硫酸、盐酸和氯化物等介质中也稳定,所以钛材是硫酸法钛白粉生产关键设备的首选材料。由于钛材在碳氢化合物中的耐蚀性很好,甚至在含有酸及氯化物类杂质时也很好。因此钛材在有机化工中也广泛应用,如PTA(精对苯二甲酸),PVA(维尼纶)等。

钛材在海水中具有优异的耐腐蚀性能,因此钛材也广泛应用于海洋石油钻井平台、海水淡化等海洋领域。

镍及镍基合金

1 镍及镍基合金的国内生产状况

国内工业用纯镍完全可以自行生产,但一些镍基合金则主要依赖进口。

常用的镍及镍基合金型号有:纯镍 N6;Monel 400; Hastelloy B、Hastelloy B-2; Hastelloy C-276等。

2 镍及镍基合金的耐腐蚀性能

镍具有较大的转入钝态的倾向。在一般温度下镍的表面覆盖一层氧化膜,这层氧化膜使它在水及许多盐类水溶液中具有耐蚀性。

镍在非氧化性稀酸中,如<15%盐酸、<17%硫酸和许多有机酸中,在室温下相当稳定。但在增加氧化剂(FeCl2、CuCl2、HgCl2、AgNO3和次氯亚酸盐)和通气时,镍的腐蚀速度显著增加。

镍在所有碱类溶液中,不论是高温的还是熔融的碱都完全稳定,这是镍的突出特性。蒙乃尔合金在还原性介质中比镍耐腐蚀,在氧化性介质中又较铜耐腐蚀,在磷酸、硫酸、盐酸、盐类溶液和有机酸中都比镍和铜更为耐腐蚀。

任何浓度的氢氟酸中,在氧进入不多时蒙乃尔合金很耐蚀。但当溶液中有充气和有氧化剂时,或者溶液中存在铁盐、铜盐等有害杂质时,它耐氢氟酸性能下降。在金属材料中除铂、银外,它是耐氢氟酸腐蚀的最好材料之一。

在苛性碱溶液中它很耐蚀,但当氢氧化钠浓度很高时,蒙乃尔合金的耐腐蚀性虽比镍差一些,但仍比其他金属材料耐碱。

蒙乃尔合金容易产生应力腐蚀开裂,最好在530-650℃退火消除应力后使用。

哈氏合金常用的是哈氏B(B-2、B-3)和哈氏C-276,它们在非氧化性的无机酸和有机酸中有高的耐蚀性,如耐70℃的稀硫酸,耐所有浓度的盐酸、磷酸、醋酸和蚁酸,特别能耐热浓盐酸。

哈氏合金在苛性碱和碱溶液中是稳定的,在有机介质、海水及淡水中完全稳定。

白铜(B10、B30)

白铜是铜镍合金,白铜国内可以满足生产,主要由洛铜生产。

白铜的耐蚀性能基本与纯铜相似,在无机酸中,特别是硝酸中会发生严重的腐蚀。但对于浓度<70%的氢氟酸,在无氧及低于沸点的情况下是耐蚀的。在有机酸中白铜腐蚀不大,在碱性溶液和有机化合物中腐蚀率很小。

在苛化法烧碱中,或在隔膜电解烧碱中,可以采用B30(70-30铜镍合金来代替纯镍制造膜式蒸发器设备,特别是降膜部分,它不仅可以提高使用寿命,而且可以节约70%的镍。B10(91-9铜镍合金)也可以代替纯镍来制造升膜蒸发器的蒸发管、蒸发室等设备。

白铜在海水中具有较高的耐蚀性,因此用海水冷却的换热器经常采用B10、B30的白铜。

 其他特种金属材料

  1 双相钢

  低级双相不锈钢(2304型)

  标准双相不锈钢(2205型)

  超级双相不锈钢(2507型)

对于铁素体-奥氏体双相不锈钢来说,它兼有铁素体钢和奥氏体钢的特性。奥氏体的存在,降低了高铬铁素体钢的脆性,防止了晶粒长大倾向,提高了铁素体钢的韧性和可焊性。铁素体的存在,提高了Cr-Ni奥氏体钢的屈服强度,同时使钢具有抗应力腐蚀及焊接时热裂倾向小等特点。这类钢含有较高Cr、Ni、Cu、Mo等耐蚀合金元素。尽管双相组织易引起微电池腐蚀,但若合金元素含量达到一定值时,使两相均有可能在介质中发生钝化,不出现双相选择性腐蚀,其耐均匀腐蚀及孔蚀性能良好。

今天,双相不锈钢已经用于各种应用领域,不仅在化工、石化和制药等方面应用,还用于纸浆和造纸、食品和饮料以及建筑、楼房和结构等方面。

但双相不锈钢最重要的应用是化工、化肥、石化、电力和纸浆造纸工业中的反应器和其他工业设备。在大多数应用中,双相不锈钢被认为是具有成本效益的替代材料,填补了普通奥氏体钢如316L和较高合金之间的空白。

尽管一般认为使用双相合金是因为它们的耐化学产品的腐蚀性能,但最重要的是在那些奥氏体不锈钢不具足够耐孔蚀和应力腐蚀断裂性能的热水溶液介质中。

  金属复合材料

尽管特种金属材料具有各自的较好的耐腐蚀性能,但同时也相对价格较高,这也是其中一些不能大面积推广的原因之一,但金属复合技术又从另一方面促进了这些特种金属材料的应用。

金属复合材料是由a、b、c等若干金属或合金组元,经不同的加工工艺复合而成的新金属材料,各界面形成金属键集结合,具有原单体金属材料同等或更佳的性能。它既不是a也不是b(或c)。它综合了构成组元的优点,而使单组组元的性能不足得到克服,它即优化了材料设计,又体现了合理使用材料的原则,是当前材料科学与工程的发展方向之一。

复合方式有:爆炸复合、爆炸-轧制复合、轧制复合,现国内大多采用爆炸复合方式。

复合材料品种包括:复合板(两层、三层)、复合棒、复合管。

优点:

  复层材料与基层材料性能的合理组合和配比;

  根据需要确定两种材料的厚度比;

  节约贵重希缺金属,降低设备造价;

  减少结构设计厚度或提高结构的使用应力。

 

目前国家已有复合材料的相关国家标准,如GB8547-87《钛-钢复合板》、GB8546-87《钛-不锈钢复合板》、JB4733-94《压力容器用爆炸不锈钢复合钢板》等。

综上所述,由于特种金属材料具有良好的耐腐蚀性能及机械加工性能,可以大大满足使用厂家生产设备的耐腐蚀需求并提升设备耐腐蚀等级,近年来在国内的推广应用已取得一定成果,但随着中国经济的快速发展,尤其是全球经济一体化格局的逐步形成及中国加入世贸组织,国内的特种金属材料的发展存在着巨大空间(包括进入国际市场),但需要国家相关行业管理部门制定必要的标准及相关政策规范,以促进整个行业的发展。

 

 

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