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常用特种金属质料的耐腐化特点及应用

本文摘要:常用特种金属质料的耐腐化特点及应用 跟着海内经济的快速成长尤其是化工行业的技能改造进级的加速,特种金属质料在海内的应用越来越遍及,尤其是在石油、化工等相关行业,对出产设备的质料也提出了越来越高的防腐要求,从而动员了海内相关研究院所和加工企业(如合肥通用所、宝鸡有色金属加工场等)对此的开辟研究,以及相关设备制造厂家对于特种金属质料设备制造技能装备能力的提高(如爆炸复合技能的应用),这期间也离不建国家当局的鞭策(国度钛办、中石化国产化办公室),使得国产化进程不停加速。

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常用特种金属质料的耐腐化特点及应用 跟着海内经济的快速成长尤其是化工行业的技能改造进级的加速,特种金属质料在海内的应用越来越遍及,尤其是在石油、化工等相关行业,对出产设备的质料也提出了越来越高的防腐要求,从而动员了海内相关研究院所和加工企业(如合肥通用所、宝鸡有色金属加工场等)对此的开辟研究,以及相关设备制造厂家对于特种金属质料设备制造技能装备能力的提高(如爆炸复合技能的应用),这期间也离不建国家当局的鞭策(国度钛办、中石化国产化办公室),使得国产化进程不停加速。同时一些国际特种质料供给商(德国克虏勃、美国冶联公司等)的鼎力大举宣传也鞭策了特材应用的步调,这些因素都在差别水平上鞭策了海内特种金属质料的开辟应用。

一 钛及钛合金 中国钛合金的出产与外洋根基同步,但其推广应用要掉队一些,尤其是民用。同时由于近几年来外洋走私钛材及一些设备加工企业的无序竞争,一些不具备出产能力的企业以及一些中小乡镇企业接纳劣质质料或以次充好也在必然水平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成长起到必然阻碍感化,须引起相关办理部分的注意,而且也应成为正在成长的其他特材的前车之鉴。

常用钛材牌号(有国度质料尺度) 1. 钛材的耐腐化特点 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不变的氧化性掩护膜,纵然因为某些原因膜遭粉碎,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化性。

由于钛的巨大钝化机能,在很多环境下与异种金属打仗时,并不加速腐化,而可能加速异种金属的腐化。如在低浓度非氧化性的酸中,若将Pb、Sn、Cu或蒙乃尔合金与钛打仗形成电偶时,这些质料腐化加速,而钛不受影响。

而在盐酸中,钛与低碳钢打仗时,由于钛外貌发生新生氢,粉碎了钛的氧化膜,不仅引起钛的氢脆,并且加速钛的腐化,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化机能有影响,铁增多的原因除原质料的原因外,经常是焊接时沾污的铁渗入焊道,使焊道中局部含铁量增高,这时腐化具有不匀称的性质。使用铁件支撑钛设备时,铁钛打仗面上的铁沾污险些是不行制止的在铁沾污区腐化加快,出格是在有氢存在的环境下。当沾污外貌的钛氧化膜产生机械损坏时,氢就渗入金属,按照温度、压力等条件,氢产生相应的扩散,这使钛发生差别水平的氢脆。

因此钛在中等温度和中等压力和含氢系统中使用要制止外貌铁污染。在一般环境下,钛不会产生孔蚀。钛还具有抗腐化疲劳不变性。

钛耐漏洞腐化机能较好,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合金遍及用于容器设备的密封面质料,以解决设备密封面漏洞腐化问题。2. 钛材的应用 由于钛材的优良耐腐化机能,钛材遍及应用于石油、化工、制盐、制药、冶金、电子、航空、航天、海洋等相关范畴。

钛对大大都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。但在三氯化铝中腐化率较高,这与三氯化铝水解后发生浓盐酸有关。钛对热的亚氯酸钠和各类浓度的次氯酸盐也有杰出的不变性。

因此钛材遍及用于真空制盐和漂粉精行业。钛对大大都的碱溶液具有杰出的耐蚀性。

钛在浓度小于50%的氢氧化钠和氢氧化钾溶液中较为不变。假如碱溶液中含有氯离子或氯化物,则其耐蚀性甚至凌驾镍和锆。但在温度和浓度增大的环境下,腐化会增大。此刻氯碱行业是海内民用钛材应用的最大范畴。

钛在干燥的氯气中不耐蚀,同时有着火的危险,但在湿润的氯气中具有很高的不变性,凌驾锆、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不变,所以钛材是硫酸法钛白粉出产关键设备的首选质料。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遍及应用,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化机能,因此钛材也遍及应用于海洋石油钻井平台、海水淡化等海洋范畴。

二 镍及镍基合金 1.镍及镍基合金的海内出产状况 海内工业用纯镍完全可以自行出产,但一些镍基合金则主要依赖入口。镍及镍基合金种类(部门有国度质料尺度) 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化机能 镍具有较大的转入钝态的倾向。

在一般温度下镍的外貌笼罩一层氧化膜,这层氧化膜使它在水及很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%硫酸和很多有机酸中,在室温下相当不变。但在增加氧化剂(FeCl2、CuCl2、HgCl2、AgNO3和次氯亚酸盐)和通气时,镍的腐化速度显著增加。

镍在所有碱类溶液中,岂论是高温的还是熔融的碱都完全不变,这是镍的突出特性。蒙乃尔合金在还原性介质中比镍耐腐化,在氧化性介质中又较铜耐腐化,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化。

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,它耐氢氟酸机能下降。

在金属质料中除铂、银外,它是耐氢氟酸腐化的最好质料之一。在苛性碱溶液中它很耐蚀,但当氢氧化钠浓度很高时,蒙乃尔合金的耐腐化性虽比镍差一些,但仍比其他金属质料耐碱。

蒙乃尔合金容易发生应力腐化开裂,最幸亏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,出格能耐热浓盐酸。

哈氏合金在苛性碱和碱溶液中是不变的,在有机介质、海水及淡水中完全不变。三 白铜(B10、B30) 白铜是铜镍合金,白铜海内可以满意出产,主要由洛铜出产。白铜的耐蚀机能根基与纯铜相似,在无机酸中,出格是硝酸中会产生严重的腐化。

但对于浓度<70%的氢氟酸,在无氧及低于沸点的环境下是耐蚀的。在有机酸中白铜腐化不大,在碱性溶液和有机化合物中腐化率很小。在苛化法烧碱中,或在隔阂电解烧碱中,可以接纳B30(70-30铜镍合金来取代纯镍制造膜式蒸发器设备,出格是降膜部门,它不仅可以提高使用寿命,并且可以节约70%的镍。

B10(91-9铜镍合金)也可以取代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常常接纳B10、B30的白铜。四 锆材 常用锆及锆合金牌号有:非核用锆R60702、R60703、 R60704、 R60705、 R60706。

中国虽然没有锆和锆合金容器的规范,但已能出产核用和非核用的锆材。锆有比不锈钢、镍基合金、钛更优异的耐腐化机能,力学机能和工艺机能也很适于制造容器及换热器。但由于代价昂贵,已往使用较少。

但跟着海内化工行业的成长,很多强腐化的设备正在越来越多地接纳锆材,大大提高设备寿命及靠得住性,取得更好的经济效益。今朝从锆材的出产,到设备的设计、制造和检讨技能也已日渐成熟,为锆容器的遍及应用提供了基础。

五 钽材 (Ta1、Ta2、TaNb3、TaNB20) 钽有很高的化学不变性,在150℃以下抗化学腐化及大气腐化的能力很强,纵然在污染的工业大气中也是耐蚀的。钽耐沸腾温度下任何浓度的盐酸和硝酸,耐室温至150℃的发烟硝酸和发烟硫酸所构成的混淆酸。除氢氟酸、发烟的三氧化硫及高温的浓硫酸和浓磷酸外,钽对其他的酸都是不变的。

钽在200℃以下的酸性和碱性介质中有很高的不变性,甚至比金、铂都高。钽在浓碱液中耐腐化性欠好。

不耐碘化钾及含氟离子的溶液。钽的腐化是匀称的全面腐化,对切口不敏感,不产生腐化疲劳和腐化分裂等局部类型的腐化。

操纵钽的这一特性,可以做包复和衬里质料。六 其他特种金属质料 1. 双相钢 初级双相不锈钢(2304型) 尺度双相不锈钢(2205型) 超等双相不锈钢(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化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。

只管双相组织易引起微电池腐化,但若合金元素含量到达必然值时,使两相均有可能在介质中产生钝化,不呈现双相选择性腐化,其耐匀称腐化及孔蚀机能杰出。今天,双相不锈钢已经用于各类应用范畴,不仅在化工、石化和制药等方面应用,还用于纸浆和造纸、食品和饮料以及修建、楼房和布局等方面。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映器和其他工业设备。

在大大都应用中,双相不锈钢被认为是具有成本效益的替代质料,填补了普通奥氏体钢如316L和较高合金之间的空缺。只管一般认为使用双相合金是因为它们的耐化学产物的腐化机能,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化断裂机能的热水溶液介质中。2. AL-6XN AL-6XN合金是美国Allegheny Ludlum公司发明的超奥氏体不锈钢,它比尺度的300系列合金对氯离子具有较高的抗点蚀、漏洞腐化和压力漏洞腐化能力,比传统的抗腐化镍基合金成本低。

在不锈钢中Cr、Mo、Ni、C别离对差别的介质具有抗腐化性。Cr是在自然和氧化情况中是抗腐化代表,Cr、Mo、Ni的含量增长增加了抗点蚀能力,镍提供了奥氏体布局,镍钼增加了对氯离子的压力漏洞腐化能力和对降低情况的抗腐化能力。高镍(24%)-钼(6.3%)合金AL-6XN具有较好的抗压力漏洞腐化能力。

钼具有抗氯离子点蚀能力,镍进一步加强抗点蚀能力,并且能提供比300奥氏体不锈钢更高的强度,因此常常应用于设备中较薄的部门。在AL-6XN中,较高含量的铬、钼和镍也提供了不锈钢的成形和焊接时的抗腐化机能。高铬、钼、镍和氮使AL-6XN具有较好的抗氯离子点蚀能力、漏洞腐化,这就使AL-6XN应用于许多情况中,如食品、海水或其它化工情况。

七 金属复合质料 只管特种金属质料具有各自的较好的耐腐化机能,但同时也相对代价较高,这也是个中一些不能大面积推广的原因之一,但金属复合技能又从另一方面促进了这些特种金属质料的应用。金属复合质料是由a、b、c等若干金属或合金组元,经差别的加工工艺复合而成的新金属质料,各界面形成金属键集联合,具有原单体金属质料同等或更佳的机能。

它既不是a也不是b(或c)。它综合了组成组元的长处,而使单组组元的机能不足获得降服,它即优化了质料设计,又表现了合理使用质料的原则,是当前质料科学与工程的成长偏向之一。复合方式有:爆炸复合、爆炸-轧制复合、轧制复合,现海内大多接纳爆炸复合方式。复合质料品种包括:复合板(两层、三层)、复合棒、复合管。

长处: 复层质料与下层质料机能的合理组合和配比; 按照需要确定两种质料的厚度比; 节约珍贵希缺金属,降低设备造价; 减少布局设计厚度或提高布局的使用应力。今朝国度已有复合质料的相关国度尺度,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,由于特种金属质料具有杰出的耐腐化机能及机械加工机能,可以大大满意使用厂家出产设备的耐腐化需求并晋升设备耐腐化等级,比年来在海内的推广应用已取得必然结果,但跟着中国经济的快速成长,尤其是全球经济一体化格式的慢慢形成及中国插手世贸组织,海内的特种金属质料的成长存在着巨大空间(包括进入国际市场),但需要国度相关行业办理部分拟定须要的尺度及相关政策规范,以促进整个行业的成长。

本文作者:张清彪(南京奇石乐电气有限公司有色金属事业部总工程师)返回,检察更多。


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