第2章 耐蚀金属材料

耐蚀金属材料第二章第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金一、合金元素对铁碳合金耐蚀性能的影响铁碳合金的基本组成相与耐蚀性的关系可用表2-1来说明。第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金一、合金元素对铁碳合金耐蚀性能的影响铁碳合金的成分除了铁和碳外，还有锰、硅、硫、磷等元素。合金元素对铁碳合金的耐蚀性能的影响如下。（1）碳第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金一、合金元素对铁碳合金耐蚀性能的影响铁碳合金的成分除了铁和碳外，还有锰、硅、硫、磷等元素。合金元素对铁碳合金的耐蚀性能的影响如下。（2）锰（3）硅（4）硫（5）磷第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能1.在中性或碱性溶液中的耐蚀性能①在中性溶液中，铁碳合金腐蚀主要为氧去极化腐蚀，碳钢和铸铁的腐蚀行为相似。②在碱性溶液中，常温下浓度小于30%的稀碱水溶液可以使铁碳合金表面生成不溶且致密的钝化膜，因而稀碱溶液具有缓蚀作用。第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能2.在酸中的耐蚀性能下面列举几种酸说明铁碳合金的腐蚀规律。（1）盐酸（2）硫酸第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能2.在酸中的耐蚀性能下面列举几种酸说明铁碳合金的腐蚀规律。（3）硝酸第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能2.在酸中的耐蚀性能下面列举几种酸说明铁碳合金的腐蚀规律。（4）氢氟酸（5）有机酸第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能3.在盐溶液中的耐蚀性能铁碳合金在盐类溶液中的腐蚀与这种盐水解后的性质有密切关系，根据盐水解后的酸碱性有以下三种情况。（1）中性盐溶液第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能3.在盐溶液中的耐蚀性能铁碳合金在盐类溶液中的腐蚀与这种盐水解后的性质有密切关系，根据盐水解后的酸碱性有以下三种情况。（2）酸性盐溶液（3）碱性盐溶液（4）氧化性盐溶液第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能4.在气体介质中的耐蚀性能化工过程中的设备、管道常受气体介质的腐蚀，大致有高温气体腐蚀、常温干燥气体腐蚀、湿气体的腐蚀等。常温干燥条件下的气体如氯碱厂的氯气，硫酸厂的SO2及SO3等对铁碳合金的腐蚀均不强烈，一般均可采用普通钢铁处理；而湿的Cl2、SO2、SO3气体则腐蚀强烈，其腐蚀特性与酸相似。第二章耐蚀金属材料第一节铁碳合金二、铁碳合金的耐蚀性能5.在有机溶剂中的耐蚀性能在无水的甲醇、乙醇、苯、二氯乙烷、丙酮、苯胺等介质中，碳钢是耐蚀的；在纯的石油烃类中，碳钢实际上也耐蚀，但当水存在时就会遭受腐蚀。第二章耐蚀金属材料第二节高硅铸铁及低合金钢一、高硅铸铁1.耐蚀性能含硅量达14%以上的高硅铸铁之所以具有良好的耐蚀性，是由于硅在铸铁表面形成一层由SiO2组成的保护膜，如果介质能破坏SiO2膜，则高硅铸铁在这种介质中就不耐蚀。一般来说，高硅铸铁在氧化性介质及某些还原性酸中具有优良的耐蚀性，它能耐各种温度和浓度的硝酸、硫酸、醋酸、常温下的盐酸、脂肪酸及其他许多介质的腐蚀。它不耐高温盐酸、亚硫酸、氢氟酸、卤素、苛性碱溶液和熔融碱等介质的腐蚀。不耐蚀的原因是由于表面的SiO2保护膜在氢氟酸作用下形成了气态SiF4等而使保护膜破坏，在苛性碱作用下，形成了可溶性的Na2SiO3等。第二章耐蚀金属材料第二节高硅铸铁及低合金钢一、高硅铸铁2.机械加工性能高硅铸铁性质为硬而脆，机械性能差，应避免承受冲击力，不能用于制造压力容器。铸件一般不能采用除磨削以外的机械加工方式。在高硅铸铁中加入一些合金元素，可以改善它的机械加工性能。第二章耐蚀金属材料第二节高硅铸铁及低合金钢一、高硅铸铁3.应用由于高硅铸铁耐酸的腐蚀性能优越，已广泛用于化工防腐蚀，最典型的牌号是STSi15，主要用于制造耐酸离心泵、管道、塔器、热交换器、容器、阀件和旋塞等。第二章耐蚀金属材料第二节高硅铸铁及低合金钢二、低合金钢1.在自然条件下的耐蚀性很多低合金钢较碳钢有优越得多的耐大气腐蚀性能，主要起作用的合金元素是铜、磷、铬、镍等。对于耐大气腐蚀性能，铜是很有用的合金元素。在低合金钢中，由于铜与铬的同时加入而显著地改善了钢的钝化能力；镍的加入则可提高钢的耐酸、耐碱性，还能提高耐腐蚀疲劳及耐海水腐蚀的能力。第二章耐蚀金属材料第二节高硅铸铁及低合金钢二、低合金钢2.在高温氢气氛中的耐蚀性在化学工业中的高温氢侵蚀主要发生在合成氨工业中的氨合成塔。氢侵蚀作用主要是脱碳生成CH4，因而提高钢材抗氢侵蚀的途径之一就是钢中加入能形成稳定碳化物的合金元素，以防止氢与钢中的碳起作用而发生脱碳，这类合金元素有铬、钼、钒、钨、钛等。第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢一、不锈钢的类型不锈钢按其化学成分可分为一铬不锈钢二铬镍不锈钢第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢一、不锈钢的类型硬化型五类，具体分类情况见表2-2。第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢二、主要合金元素对不锈钢耐蚀性的影响1.铬铬元素的电极电位虽然比铁低，但由于它极易钝化，因而成为不锈钢中耐蚀最主要的合金元素。不锈钢中一般含铬量≥13%，铬含量愈高，耐蚀性愈好，但不能超过30%，否则会降低钢的韧性。2.镍镍是扩大奥氏体相区的元素，镍加入到一定的量后能使不锈钢呈单相奥氏体组织，可改善钢的塑性及加工、焊接等性能。镍能提高钢的耐热性。同时，镍也可以提高不锈钢的耐碱腐蚀性能。第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢二、主要合金元素对不锈钢耐蚀性的影响3.钼Cl-中钝化，可提高不锈钢抗海水的能力，同时不锈钢中加钼还能显著地提高不锈钢耐全面腐蚀及局部腐蚀的能力。4.碳碳在不锈钢中具有两重性，一方面因为碳的存在能显著扩大奥氏体组织并提高钢的强度；而另一方面钢中碳含量增多会与铬形成碳化物，即碳化铬，使固溶体中含铬量相对减少，大量微电池的存在会降低钢的耐蚀性。5.锰和氮锰和氮是有效地扩大奥氏体相区的元素，可以用来代替镍获得奥氏体组织。第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢二、主要合金元素对不锈钢耐蚀性的影响6.硅硅在钢中可以形成一层富硅的表面层，能提高钢耐浓硝酸和发烟硝酸的能力，改善钢液流动性，从而获得高质量耐酸不锈钢铸件；硅又能提高抗点蚀的能力，尤其与钼共存时可大大提高耐蚀性和抗氧化性，可抑制在含Cl-介质中的腐蚀。7.铜在不锈钢中加入铜，可提高抗海水Cl-侵蚀及抗盐酸的能力。8.钛和铌钛和铌都是强碳化物形成元素。第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢三、不锈钢的耐蚀性1.铬不锈钢铬不锈钢包括两大基本类型。一Cr13二Cr17第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢三、不锈钢的耐蚀性2.铬镍奥氏体不锈钢铬镍奥氏体不锈钢是目前使用最广泛的一类不锈钢，其中最常见的就是18-8型不锈钢。18-8型不锈钢又包括加钛或铌的稳定型钢种，加钼的钢种及其他铬镍奥氏体不锈钢。3.奥氏体-铁素体双相不锈钢奥氏体-铁素体型双相不锈钢指的是钢的组织中既有奥氏体又有铁素体，因而性能兼有两者的特征。由于奥氏体的存在，降低了高铬铁素体钢的脆性，改善了晶体长大倾向，提高了钢的韧性和可焊性；而铁素体的存在，显著改善了钢的抗应力腐蚀破裂性能和耐晶间腐蚀性能，并提高了铬镍奥氏体的强度。第二章耐蚀金属材料第三节不锈钢四、不锈钢的发展方向（1）（2）节省资源尽量低的含碳量（3）（4）不锈钢的民用化开发可在恶劣环境中使用的不锈钢第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金一、锌、铝及锌铝合金1.锌第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金一、锌、铝及锌铝合金2.铝第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金一、锌、铝及锌铝合金3.锌铝合金锌铝合金在化工防腐中一般多用于制备钢铁的涂层，锌具有优良的耐中性介质的腐蚀，同时具有良好的牺牲阳极作用，但锌本身的钝化性能不如铝。经研究表明，在锌中加入一定量的铝制得的锌铝合金，既可以充分发挥锌的耐腐蚀性和电化学保护性能，又可以发挥铝优良的钝化性能，使其在中性介质中的耐腐蚀性优于锌和铝，尤其是在海洋性环境中，锌铝合金的耐腐蚀性远好于单纯的锌或铝。第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金二、铜及铜合金1.铜铜的密度为8.93g/cm3，熔点为1283℃，铜的强度较高，塑性、导电性、导热性很好。在低温下，铜的塑性和抗冲击韧性良好，因此铜可以制造深冷设备。铜的电极电位较高，化学稳定性也较好。铜在大气中是稳定的，这是由于腐蚀产物成了保护层的缘故。潮湿的含SO2等腐蚀性气体的大气会加速铜的腐蚀。第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金二、铜及铜合金2.铜合金（1）黄铜黄铜是一系列的铜锌合金。黄铜的机械性能和压力加工性能较好。一般情况下耐蚀性与铜接近，但在大气中耐蚀性比铜好。为了改善黄铜的性能，有些黄铜除锌以外还加入锡、铝、镍、锰等合金元素成为特种黄铜。（2）青铜青铜是铜与锡、铝、硅、锰及其他元素所形成的一系列合金，用得最广泛的是锡青铜，通常所说的青铜就是指的锡青铜。锡青铜的机械性能、耐磨性、铸造性及耐蚀性良好，是我国历史上最早使用的金属材料之一。第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金三、镍及镍合金1.镍镍的密度为8.907g/cm3，熔点1450℃，镍的强度高，塑性、延展性好，可锻性强，易于加工。镍的电极电位概括地说，镍的耐蚀性在还原性介质中较好，在氧化性介质中较差。镍的突出的耐蚀性是耐碱，它在各种浓度和各种温度的苛性碱溶液或熔融碱中都很耐蚀。但在高温(300～500℃)、高浓度(75%～98%)的苛性碱中，没有退火的镍易产生晶间腐蚀，因此使用前要进行退火处理。第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金三、镍及镍合金2.镍合金镍合金包括许多种耐蚀、耐热或既耐蚀又耐热的合金，它们具有非常广泛的用途，在许多重要的技术领域中获得了应用。常用的有以下几种。一镍铜合金二镍钼铁合金和镍铬钼铁合金第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金四、钛及钛合金1.钛钛用作结构材料始于20世纪50年代，是一种较新的材料。钛是轻金属，熔点1725℃，密度为4.5g/cm3，只有铁的1／2略强。钛和钛合金有许多优良的性能，钛的强度高，具有较高的屈服强度和抗疲劳强度，钛合金在450～480℃下仍能保持室温时的性能，同时在低温和超低温下也仍能保持其机械性能，随着温度的下降，其强度升高，而延伸性逐渐下降，因而首先被用于航空工业；还由于钛材的耐蚀性好，可耐多种氧化性介质的腐蚀；此外钛材的加工性能好，但其焊接工艺只能在保护性气体中进行。因此，作为一类新型的结构材料，钛及其合金在航空、航天、化工等领域日益得到广泛应用。第二章耐蚀金属材料第四节有色金属及其合金四、钛及钛合金2.钛合金钛合金的机械性能与耐蚀性均较纯钛有较多提高，少量钯(015%)加入钛中形成钛钯合金能促进钝化，改善在非氧化性酸中的耐蚀性，如果非氧化性酸中添加氧化剂更有利于钛钯合金的钝化。