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常用特種金屬材料的耐腐蝕特點(diǎn)及應(yīng)用

2020-08-16

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展尤其是化工行業(yè)的技術(shù)改造升級(jí)的加快，特種金屬材料在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在石油、化工等相關(guān)行業(yè)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的材料也提出了越來(lái)越高的防腐要求，從而帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)研究院所和加工企業(yè)（如合肥通用所、寶雞有色金屬加工廠等）對(duì)此的開(kāi)發(fā)研究，以及相關(guān)設(shè)備制造廠家對(duì)于特種金屬材料設(shè)備制造技術(shù)裝備能力的提高（如爆炸復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用），這期間也離不開(kāi)國(guó)家政府的推動(dòng)（國(guó)家鈦辦、中石化國(guó)產(chǎn)化辦公室），使得國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快。同時(shí)一些國(guó)際特種材料供應(yīng)商（德國(guó)克虜勃、美國(guó)冶聯(lián)公司等）的大力宣傳也推動(dòng)了特材應(yīng)用的步伐，這些因素都在不同程度上推動(dòng)了國(guó)內(nèi)特種金屬材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

鈦及鈦合金

中國(guó)鈦合金的生產(chǎn)與國(guó)外基本同步，但其推廣應(yīng)用要落后一些，尤其是民用。同時(shí)由于近幾年來(lái)國(guó)外走私鈦材及一些設(shè)備加工企業(yè)的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，一些不具備生產(chǎn)能力的企業(yè)以及一些中小鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)采用劣質(zhì)材料或以次充好也在一定程度上擾亂了鈦設(shè)備市場(chǎng)，使設(shè)備使用廠家談‘鈦’色變，因此這種狀況也對(duì)中國(guó)的鈦設(shè)備行業(yè)的發(fā)展起到一定阻礙作用，須引起相關(guān)管理部門(mén)的注意，并且也應(yīng)成為正在發(fā)展的其他特材的前車(chē)之鑒。

常用鈦材牌號(hào)（有國(guó)家材料標(biāo)準(zhǔn)）

1. 鈦材的耐腐蝕特點(diǎn)

鈦是具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬，在空氣中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一層穩(wěn)定的氧化性保護(hù)膜，即使因?yàn)槟承┰蚰ぴ馄茐?，也能迅速自?dòng)恢復(fù)。因此鈦在氧化性、中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

由于鈦的巨大鈍化性能，在許多情況下與異種金屬接觸時(shí)，并不加快腐蝕，而可能加快異種金屬的腐蝕。如在低濃度非氧化性的酸中，若將Pb、Sn、Cu或蒙乃爾合金與鈦接觸形成電偶時(shí)，這些材料腐蝕加快，而鈦不受影響。而在鹽酸中，鈦與低碳鋼接觸時(shí)，由于鈦表面產(chǎn)生新生氫，破壞了鈦的氧化膜，不僅引起鈦的氫脆，而且加快鈦的腐蝕，這可能是由于鈦對(duì)氫有高度的活性所致。

鈦中的含鐵量對(duì)某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能有影響，鐵增多的原因除原材料的原因外，常常是焊接時(shí)沾污的鐵滲入焊道，使焊道中局部含鐵量增高，這時(shí)腐蝕具有不均勻的性質(zhì)。使用鐵件支撐鈦設(shè)備時(shí)，鐵鈦接觸面上的鐵沾污幾乎是不可避免的在鐵沾污區(qū)腐蝕加速，特別是在有氫存在的情況下。當(dāng)沾污表面的鈦氧化膜發(fā)生機(jī)械損壞時(shí)，氫就滲入金屬，根據(jù)溫度、壓力等條件，氫發(fā)生相應(yīng)的擴(kuò)散，這使鈦產(chǎn)生不同程度的氫脆。因此鈦在中等溫度和中等壓力和含氫系統(tǒng)中使用要避免表面鐵污染。

在一般情況下，鈦不會(huì)發(fā)生孔蝕。

鈦還具有抗腐蝕疲勞穩(wěn)定性。

鈦耐縫隙腐蝕性能較好，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合金廣泛用于容器設(shè)備的密封面材料，以解決設(shè)備密封面縫隙腐蝕問(wèn)題。

2. 鈦材的應(yīng)用

由于鈦材的優(yōu)良耐腐蝕性能，鈦材廣泛應(yīng)用于石油、化工、制鹽、制藥、冶金、電子、航空、航天、海洋等相關(guān)領(lǐng)域。

鈦對(duì)大多數(shù)鹽溶液來(lái)說(shuō)具有優(yōu)異的耐蝕性，如鈦在氯化物溶液中比高鉻鎳鋼耐蝕，并無(wú)孔蝕現(xiàn)象。但在三氯化鋁中腐蝕率較高，這與三氯化鋁水解后產(chǎn)生濃鹽酸有關(guān)。鈦對(duì)熱的亞氯酸鈉和各種濃度的次氯酸鹽也有良好的穩(wěn)定性。因此鈦材廣泛用于真空制鹽和漂粉精行業(yè)。

鈦對(duì)大多數(shù)的堿溶液具有良好的耐蝕性。鈦在濃度小于50％的氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中較為穩(wěn)定。如果堿溶液中含有氯離子或氯化物，則其耐蝕性甚至超過(guò)鎳和鋯。但在溫度和濃度增大的情況下，腐蝕會(huì)增大?，F(xiàn)在氯堿行業(yè)是國(guó)內(nèi)民用鈦材應(yīng)用的最大領(lǐng)域。

鈦在干燥的氯氣中不耐蝕，同時(shí)有著火的危險(xiǎn)，但在潮濕的氯氣中具有很高的穩(wěn)定性，超過(guò)鋯、哈氏合金C及蒙乃爾合金，甚至在飽和氯氣的硫酸、鹽酸和氯化物等介質(zhì)中也穩(wěn)定，所以鈦材是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的首選材料。

由于鈦材在碳?xì)浠衔镏械哪臀g性很好，甚至在含有酸及氯化物類(lèi)雜質(zhì)時(shí)也很好。因此鈦材在有機(jī)化工中也廣泛應(yīng)用，如PTA（精對(duì)苯二甲酸），PVA（維尼綸）等。

鈦材在海水中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，因此鈦材也廣泛應(yīng)用于海洋石油鉆井平臺(tái)、海水淡化等海洋領(lǐng)域。

鎳及鎳基合金

1.鎳及鎳基合金的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)狀況

國(guó)內(nèi)工業(yè)用純鎳完全可以自行生產(chǎn)，但一些鎳基合金則主要依賴(lài)進(jìn)口。

鎳及鎳基合金種類(lèi)（部分有國(guó)家材料標(biāo)準(zhǔn)）

常用的鎳及鎳基合金型號(hào)有：純鎳 N6；Monel 400; Hastelloy B、Hastelloy B-2; Hastelloy C-276等。

鋯塔

2.鎳及鎳基合金的耐腐蝕性能

鎳具有較大的轉(zhuǎn)入鈍態(tài)的傾向。在一般溫度下鎳的表面覆蓋一層氧化膜，這層氧化膜使它在水及許多鹽類(lèi)水溶液中具有耐蝕性。

鎳在非氧化性稀酸中，如<15％鹽酸、<17%硫酸和許多有機(jī)酸中，在室溫下相當(dāng)穩(wěn)定。但在增加氧化劑（FeCl2、CuCl2、HgCl2、AgNO3和次氯亞酸鹽）和通氣時(shí)，鎳的腐蝕速度顯著增加。

鎳在所有堿類(lèi)溶液中，不論是高溫的還是熔融的堿都完全穩(wěn)定，這是鎳的突出特性。

蒙乃爾合金在還原性介質(zhì)中比鎳耐腐蝕，在氧化性介質(zhì)中又較銅耐腐蝕，在磷酸、硫酸、鹽酸、鹽類(lèi)溶液和有機(jī)酸中都比鎳和銅更為耐腐蝕。

任何濃度的氫氟酸中，在氧進(jìn)入不多時(shí)蒙乃爾合金很耐蝕。但當(dāng)溶液中有充氣和有氧化劑時(shí)，或者溶液中存在鐵鹽、銅鹽等有害雜質(zhì)時(shí)，它耐氫氟酸性能下降。在金屬材料中除鉑、銀外，它是耐氫氟酸腐蝕的最好材料之一。

在苛性堿溶液中它很耐蝕，但當(dāng)氫氧化鈉濃度很高時(shí)，蒙乃爾合金的耐腐蝕性雖比鎳差一些，但仍比其他金屬材料耐堿。

蒙乃爾合金容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，最好在530－650℃退火消除應(yīng)力后使用。

哈氏合金常用的是哈氏B（B-2、B-3）和哈氏C-276，它們?cè)诜茄趸缘臒o(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸中有高的耐蝕性，如耐70℃的稀硫酸，耐所有濃度的鹽酸、磷酸、醋酸和蟻酸，特別能耐熱濃鹽酸。

哈氏合金在苛性堿和堿溶液中是穩(wěn)定的，在有機(jī)介質(zhì)、海水及淡水中完全穩(wěn)定。

白銅（B10、B30）

白銅是銅鎳合金，白銅國(guó)內(nèi)可以滿(mǎn)足生產(chǎn)，主要由洛銅生產(chǎn)。

白銅的耐蝕性能基本與純銅相似，在無(wú)機(jī)酸中，特別是硝酸中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。但對(duì)于濃度<70％的氫氟酸，在無(wú)氧及低于沸點(diǎn)的情況下是耐蝕的。在有機(jī)酸中白銅腐蝕不大，在堿性溶液和有機(jī)化合物中腐蝕率很小。

在苛化法燒堿中，或在隔膜電解燒堿中，可以采用B30（70－30銅鎳合金來(lái)代替純鎳制造膜式蒸發(fā)器設(shè)備，特別是降膜部分，它不僅可以提高使用壽命，而且可以節(jié)約70％的鎳。B10（91－9銅鎳合金）也可以代替純鎳來(lái)制造升膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)管、蒸發(fā)室等設(shè)備。

白銅在海水中具有較高的耐蝕性，因此用海水冷卻的換熱器經(jīng)常采用B10、B30的白銅。

鋯材

常用鋯及鋯合金牌號(hào)有：非核用鋯R60702、R60703、 R60704、 R60705、 R60706。

中國(guó)雖然沒(méi)有鋯和鋯合金容器的規(guī)范，但已能生產(chǎn)核用和非核用的鋯材。

鋯有比不銹鋼、鎳基合金、鈦更優(yōu)異的耐腐蝕性能，力學(xué)性能和工藝性能也很適于制造容器及換熱器。但由于價(jià)格昂貴，過(guò)去使用較少。但隨著國(guó)內(nèi)化工行業(yè)的發(fā)展，許多強(qiáng)腐蝕的設(shè)備正在越來(lái)越多地采用鋯材，大大提高設(shè)備壽命及可靠性，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。目前從鋯材的生產(chǎn)，到設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)技術(shù)也已日漸成熟，為鋯容器的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

鉭材

Ta1、Ta2、TaNb3、TaNB20

鉭有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在150℃以下抗化學(xué)腐蝕及大氣腐蝕的能力很強(qiáng)，即使在污染的工業(yè)大氣中也是耐蝕的。

鉭耐沸騰溫度下任何濃度的鹽酸和硝酸，耐室溫至150℃的發(fā)煙硝酸和發(fā)煙硫酸所組成的混合酸。除氫氟酸、發(fā)煙的三氧化硫及高溫的濃硫酸和濃磷酸外，鉭對(duì)其他的酸都是穩(wěn)定的。

鉭在200℃以下的酸性和堿性介質(zhì)中有很高的穩(wěn)定性，甚至比金、鉑都高。

鉭在濃堿液中耐腐蝕性不好。不耐碘化鉀及含氟離子的溶液。

鉭的腐蝕是均勻的全面腐蝕，對(duì)切口不敏感，不發(fā)生腐蝕疲勞和腐蝕破裂等局部類(lèi)型的腐蝕。利用鉭的這一特性，可以做包復(fù)和襯里材料。

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