1.3.1.1 高性能耐蚀金属材料
金属及合金材料是结构材料中的主体,其中钢铁占据主要的地位。担是,钢铁的耐蚀性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金届材料的开发和应该发展迅速,在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下的腐蚀问题。
根据化工行业生产条件的不同,热交换器、反应蓋、贬槽、稱 炉等设备过去常使是用三个档次的耐蚀合金。第一档耐蚀合金是化学 工业中最常见的材料,如304、316型等通用不锈钢。当温度、厘力 更髙,腐蚀性更强,特别是有氛离子梓在时,通用不窃钢承受不了 远坚条件下的麻蚀,馬要采用更高档次的奥氏体不镑巧,卽通常称 之为第二档耐独合金——20号合金。组成第二培耐浊合金系列的有 S种,在统一编码系統(UNS)中分别为N〇8020 (商业上称为20cb- 3)、N08O24 (商业上称为20MO-4)和NoS206t这一类窝级不 一含里为20%〜24%,镇含里为30?^〜巧%,有一定含量的箱 和辆。NOS020焉级不巧钢在没有窝子或微量氣离子介质中,对大 范围浓度的酸介质宵较强的財彼性。NO8024高级不锈钢可財浓度 〇• 5%氣化物的腐烛。浓度超珪0• 5%时则NO8026高级不最佳。 这兰种耐蚀合金均不会引起应力腐化开裂,是硫酸、浓巧酸介康中 最好的財蚀材料。在这H种铁中lit N〇8020財硫酸巧蚀性能最好。化工介质条件更为苛刻时,就需要选用第兰档耐蚀合金——換里合金 (如哈氏合金C-276K因康祿尔(如625)、铁、铁合金及镐材料.在耐蚀合金的应用中.腐蚀和冶金专案发现,社去开发的兰个 档彼的耐蚀合金居次过大,在层与层乏间没有更细居次的耐浊合金 巧供选择,因此选材时往往出现;不是娃不到耐化要求,便是选择 的耐浊合金挡次过高,造成浪费,近20〜30年中,巧浊巧冶金专家 针对这一问题进行T合金成分调整、微童元素、有害元素、晶形态、钟化膜等对腐烛行为影响的一系列研究,特别是引入炉外精炼 AOD法和VOD法并普逍采用,使得有可能大量生产超化碳和杂质 元素极祗的超纯净不诱钢。这些钢具有高村浊性,其耐独性与纯净 度有关*如170不铸钢,当C、N含量分别控制在0•0化於和 0.01日%1^1下时可完全消除晶间贿蚀倾向。这种新技术的引人办开发多层化的两姐合金在技术上起了决定性作用,到目前为止至少已开发出5〜6个层次的耐烛合金。
下面从含相(或含金含氮)超级不疑钢、双相不锈钢、高纯铁素体不锈钢、镇基合金、低合金钢、試用键合金等六个方面,介绍这些耐蚀合金的进展及其在化学工业中的应用。
(1)含髙的腐蚀合金
上述20cb-3合全耐蚀性能好,镍含量高达33%,能抗氧化力腐蚀。但这种钢含量低,在高浓度的窥化物介质中容易产生孔蚀巧缝叛 麻浊。因此,在2〇cb-3中加人更多的箱,发展成T含宿高的如号合 金,如20MO-4、20MO-日等。同时,为了降低成本,开发了普巧含 氮的超级奥氏体不镑钢,镇含量则从30%〜3日降低至18%〜 20%*含36%的超级不镑钢有2日4Mo、AL6XN和1925hMo、 2日6Mo等牌号。25Mo合金的耐蚀性比20号合金更换,己近似于穂基合金,用它制造氣化物条件下使用的换热器时,可与镜相比。
(2)双相不锈钢
可通过控制铁素体-奥氏体双相不绣钢化学成分与热处理工艺,使之既具有奥氏体不绣钢的化良韧性和可焊接性,又具有铁亲素体不铸钢的高强度、抗氣离子应力腐蚀的性能。
双相不诱钢通常含铁素体40%〜60,它比304、316型通用不绣钢的镜含量低。国内钢铁研究总院开发的双相不巧钢已用于大型 化肥广作甲镑栗累体材料。又如高语(30%)、低藻(8%)双相不誘 钢具有忧异的机械性能,在沸腾的20%硫酸中麻蚀率为0, 2g/mf ,在麟酸原液中为O-Wg/m3 -h。该材料可在排烟脱硫装置中和妨碍工艺品中使用。
添加0. 添加0.15%〜0.25%氯的双相不镑钢称为第二阀双相钢,其组织中奥氏体和铁素体各占50%,改善了第一代双的初性和焊接性能,并由于加人氯,比奥氏体不锈钢更耐腐蚀化物应力腐蚀、点浊和缝賊巧蚀,其机械强度比奥氏体不铸钢島出2〜3倍,传热性能高
出25%。
(1) 离纯铁素体不锈钢
高纯铁素体不锈钢含络量为13%〜30%,含碳量低于0• 25%, 有些牌号还含铁、巧巧银等元素,这类钢性般不含镇,较巧矮不诱 钢输格化廉。右耐有机酸、还原性酸及氧化与还原性混睦,具有抗 氛化物孔蚀和缝隙廣辣性能。由于它是铁素体组织,抗应力腐蚀性能巧髙。目前应用最多的髙纯铁素体不诱铜是29-4C合金,主要用 于制造处理魚化物溶液的热交换器,又如巨-B26-1 (26Cr-lMo)在 氛碱工业中的贼浓缩装豈中应雨也较多。原联韩德国蒂森不铸钢公 司开发的DTNL45巧(德固工业标准)抗巧铁素体不操巧,含 27.0%〜29*0%镑、2.0%〜3.0%泪、3.0%〜4.5%镇.两点烛性 能强于所有的高Cr-Ni-Mo奧巧体不矮巧,在沸腾的海水中浸泡lOOOh和在沸腾的盐水中浸泡6000h无任何巧烛现象,并耐无机酸和有机酸的腐蚀。
(2) 镇基合金
为进一步提高穗材料的高性能,在镜基合金中主要加人钢、氯、钢和铁等合金元素,在化学工业许多苛刻的商烛环境中,镇基 合金常作为重要的结构材料广泛应用。常用的譬如镇基合金为哈氏合金、因科尼尔合金及蒙乃尔合金,这类合金具有化异的耐浓硫酸、 盐酸和浓碱的性能。
美国因科尼尔公司开发的商品名为因科尼尔合金725、含55%〜日59% Ni、19%〜22.5^ Cr. 7托〜9% Mo,2. Nb
和1*0的^1.7% Ti,它尤其耐含有0〇、Cl、扎3等介质的腐姐。
为了提高哈氏合金的耐蚀性,美国Cabot公司及英固开发T抗 烛棟基合金哈氏合金C-22,其有优异的巧局部腐浊功能,化其耐点蚀和縫隙腐烛巧能*在强廊蚀性强还原性介质下使用。在哈巧 合金C系列中,有大约10个品种。成用最为广泛的是C-276合金。 G-3合金,特别适合于祷酸介质中使用。
目前,我国已能掌握镍铜、镍铬、镍铬钼、炼格拍铜等近20种牌号的镇基耐蚀合金的生产和使用技术。
(5)低合金钢
低合金钢是指合金元素小于3%的碳巧,因其成本低、综合性能好,从而引起广泛的重视*如16Mn、16MnCu具有良好的抗大气、 巧海水性能。目前低合金钢的巧界年产量己超过日000万吨,且每年 切2%的速度増长些发这国家的产量已接近总钢产量的1/5。我 国自20化纪日0年代末就开始发展这类钢,后来相继开发了 ISMnVN、09MnNb、X70级管线钢,含磷商强度钢等。著名的Cor- TenA钢及我園自行硏制的0日CuPTi区e锅,耐惧性均比碳钢商5倍 上,日本开发的Mariloy锅系列含微量Mo、〇1、Nb,是目前综合性能最佳的耐海水贿袖阀。
(6)钛及钛合金
铁材自30多年前开始工业化应用依赖,由于它具有伉异的耐浊 性能和良好的机械加工性能,在化学工业中应用日益广泛*每年增 长率达17%。工业纯铁在许多介质中具有化房的財蚀性能,培它在 逐原性介质中(如盐酸、稱酸等酸中)的表面氛化膜容易通到破巧, 巧蚀性较差。为了进一步提高其耐蚀性,国外致力于研究铁合金,并 集中在訪把、纺巧、纺镇和孰担等合金。目前致材在化肥、氯碱、制 盛、海水淡化、造纸、制药等行化中应用较多。
我国引进化工装置中用铁材主要集中在巧碱(25%)、合成纤维 和塑料(20%)、纯碱和化肥<16%)、复合肥料和有化产品(各占 15%)。国内化工巧铁主要集中在氣碱和纯碱工业,分別占5L 27%.