有色金属材料的耐腐蚀特点及应用

常用几种特种金属材料的耐腐蚀特点及应用 Several Special Metal Corrosion Resistance Characteristics and their Using Status 南京奇石乐电气有限公司有色金属事业部 技术热线:025-52150002 总工程师:张清彪 前言 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，南京宝色钛业有限公司通过近几年的研究及开发已成为国内最大的特种金属材料设备制造加工企业之一，结合国内近几年特种金属材料的应用发展状况，对国内近几年及正在逐步推广应用的几种特种金属材料进行了分析整理，并对这几种特种金属材料的推广使用提出了一些建议,希望能够引起国内相关主管部门及设备生产厂家的重视。 上世纪90年代前，由于国内石化、化工等行业发展缓慢及与国外的同行接触较少，因此特种金属材料在石化、化工等相关行业的推广应用也相对滞后，设备用材主要还是集中在碳钢、不锈钢，以及应用一些廉价的防腐方式（采用搪瓷，橡胶衬里、或耐蚀涂料等） 近些年来,国内经济的快速发展，尤其是石油、化工等相关行业的大力发展，对生产设备的材料也提出了越来越高的防腐要求，从而也带动了国内相关研究院所加工企业（如合肥通用所、宝鸡有色金属加工厂等）对此的开发研究，以及相关设备制造厂家特种金属材料设备制造技术装备能力的提高（如爆炸复合技术的应用），这期间也离不开国家政府的推动（国家钛办、中石化国产化办公室），尤其是国产化进程的加快。同时一些国际特种材料供应商（德国克虏勃、美国冶联公司等）的大力宣传也推动了特材应用步伐，这些因素都在不同程度上推动了国内特种金属材料的开发应用。 以下整理分析了几种特种金属材料的特点及应用。 一. 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， 常用钛材牌号（有国家材料标准） TA1 (Grade2) 工业纯钛 TA2 (Grade3) 工业纯钛 TA9 (Grade11) Ti-0.2Pd TA10 (Grade12) Ti-0.3Mo-0.8Ni TC4 (AB-1) Ti-6Al-4V 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良优异的耐蚀性，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。 3. 国内推广应用状况 国内尚无钛制焊接压力容器国家标准，但在容规的相关章节中有部分说明，新的《钛制焊接压力容器》（JB4750－2000）正在审定过程中。 南京宝色钛业有限公司通过自身的努力并在社会各界的支持下,近几年发展很快,尤其是在一些重大钛设备的国产化研制成功,引起了国内外的广泛重视。　 现在国内钛设备用钛材主要由宝鸡有色金属加工厂生产，同时上海宝钢集团也在积极发展钛合金产业，并且发展速度较快。现在国内钛材基本可以实现自给，并有部分出口。 二. 镍及镍基合金 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。 镍及镍基合金种类(部分有国家材料标准): Ni Nickel 200 Permanickel 300 Nickel 201 Darmanickel 301 Ni-Cu Monel 400 Monel K-500 Monel 401 Monel 502 Monel 404 Monel R405 Ni-Cr 0Cr30Ni70 Corronel 230(Cr35Ni65) Inconel 671(Cr50Ni50) Ni-Mo-(Fe) Hastelloy A(Ni60Mo19Fe20) Hastelloy B(0Ni65Cr28Fe5V) Hastelloy B-2(00Ni70Mo28) Ni-Cr-Fe Corronel 600 Corronel 702 Corronel 601 Corronel 706 Corronel 625 Corronel 18 Corronel X-750 Ni-Cr-Mo-(W、Cu) Hastelloy C(Ni60Cr16Mo16W4) Hastelloy C-276(000Cr16Ni60Mo16W4) Hastelloy C-4(000Cr16Ni60Mo16Ti) Hastelloy N(0Cr7Ni75Mo16) BMI-HAPO-20(0Cr25Ni60Mo6Cu3) Hastelloy G(0Cr22Ni55Mo6Cu2Nb2 Ni-Fe-Ni Incoloy 800 Incoloy 900 Incoloy 802 Incoloy 825 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 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，不论时高温的和熔融的的碱都完全稳定，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引力腐蚀开裂，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。 三.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。 四.锆材Zirconium 常用锆及锆合金牌号： 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，但已能生产核用和非核用的锆材。 锆有比不锈钢、镍基合金、钛更优异的耐腐蚀性能，力学性能和工艺性能也很适于制造容器及换热器。但由于价格昂贵，过去使用较少。但随着国内化工行业的发展，许多强腐蚀的设备正在越来越多地采用锆材，大大提高设备寿命及可靠性，取得更好的经济效