金屬材料在通用機械常見腐蝕介質(zhì)中的選材研究

嚴則文

（青海鹽湖海納化工有限公司，青海西寧 810000）

金屬材料在工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，呈現(xiàn)出高達90%的應(yīng)用率，進一步凸顯出其研究分析的重要性。金屬材料包含繁雜的類型，需要人們科學(xué)合理的選材和應(yīng)用，綜合考慮金屬腐蝕現(xiàn)象，有效延長機械設(shè)備使用壽命，提升勞動生產(chǎn)率。

1.通用機械腐蝕闡述

1.1 常見腐蝕現(xiàn)象

（1）通用機械和多種較強腐蝕性介質(zhì)進行直接接觸，凸顯出了嚴重的腐蝕問題，尤其在高溫、高壓等條件下造成機械設(shè)備金屬材料受到快速腐蝕損壞。金屬材料受到相關(guān)介質(zhì)的影響，產(chǎn)生損壞的現(xiàn)象稱為金屬腐蝕[1]。金屬銹蝕是人們常見的腐蝕形態(tài)，受到腐蝕的情況下，大大降低了金屬材料的強度、韌性和塑性等相關(guān)力學(xué)性能，進而減少了機械設(shè)備的實際應(yīng)用壽命，同時對人們的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生較大威脅，引發(fā)一系列火災(zāi)安全事故。

（2）通用機械均勻腐蝕是基本腐蝕形態(tài)，是機械選擇耐腐蝕材料的重要參考給予。設(shè)計人員可以結(jié)合均勻腐蝕速度和實際使用壽命要求，選擇相應(yīng)的腐蝕裕度。通常情況下通用機械允許的最高均勻腐蝕速度沒有相應(yīng)具體的規(guī)定，需要結(jié)合機械設(shè)備安全性和材料、生產(chǎn)經(jīng)驗等多個方面的相關(guān)因素進行全面自能綜合性考量。

（3）通用機械中采用大量的不銹鋼，晶間腐蝕屬于不銹鋼的主要腐蝕形態(tài)。但是，相關(guān)研究人員對于不銹鋼晶間腐蝕的具體產(chǎn)生原因、影響因素、預(yù)防對策和檢驗措施等相關(guān)方面進行大量研究和分析，逐漸積累了一定的實踐經(jīng)驗。因此，晶間腐蝕不再成為不銹鋼的主要威脅因素。

（4）人們對通用機械的均勻腐蝕和晶間腐蝕進行合理高效的控制，降低了其在腐蝕損壞中的比例。但是，隨著機械設(shè)備使用應(yīng)力水平不斷提升，增強用材強度和介質(zhì)污染程度，逐漸突出了化工中應(yīng)力腐蝕開裂的嚴重性，在通用機械腐蝕損壞事故中占據(jù)40%～60%的比例，成為通用機械腐蝕中的主要損壞形式。應(yīng)力腐蝕開裂不易被發(fā)現(xiàn)，突然引發(fā)一系列嚴重安全事故[2]。

（5）我們根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，通用機械腐蝕事故中腐蝕疲勞占據(jù)一定比例。往復(fù)壓縮機和泵的缸體、離心機、高速離心泵的旋轉(zhuǎn)軸、彈簧等經(jīng)常受到腐蝕介質(zhì)、交變荷載的聯(lián)合作用，同時化工壓力容器在實際操作中出現(xiàn)低頻疲勞，通常容易出現(xiàn)腐蝕疲勞開裂。

（6）通用機械存在點蝕現(xiàn)象，引起金屬材料開裂事故。我國化工生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象。例如，醋酸對鋁點蝕、含氯介質(zhì)對鋼點蝕、含汞介質(zhì)對螺釘螺帽和密封面縫隙腐蝕，對不銹鋼點蝕等。目前，我國在設(shè)計中盡可能避免間隙和在實際應(yīng)用中提升材質(zhì)之外，缺乏相應(yīng)的研究工作。

1.2 危害

通用機械發(fā)生腐蝕現(xiàn)場產(chǎn)生嚴重的危害，金屬腐蝕發(fā)生在各個部位和每個過程中，造成嚴重的直接和間接損失。金屬材料的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞，經(jīng)常會引發(fā)災(zāi)難性重大事故，對生產(chǎn)者產(chǎn)生嚴重經(jīng)濟損失，同時對人們的生命財產(chǎn)安全待料較大威脅。另外，通用機械腐蝕產(chǎn)生大量的金屬損耗，造成大量資源的浪費現(xiàn)象，同時受到腐蝕機械設(shè)備產(chǎn)生跑冒滴漏現(xiàn)象，對生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)周期和機械設(shè)備使用壽命產(chǎn)生嚴重不良影響，增加生產(chǎn)成本，同時會存在有毒物質(zhì)的泄漏，對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染現(xiàn)象，對人類身體健康產(chǎn)生危害。

2.金屬材料具體選材

2.1 無機酸選材

（1）無機酸選材的過程中，鹽酸呈現(xiàn)出還原性，具有較強的腐蝕性，屬于強酸，在無機酸中處理難度較大。使用鹽酸介質(zhì)比較成熟的金屬材料，主要包含高鎳鑄鐵、哈氏D、蒙耐爾、因科奈爾、含鉬高硅鑄鐵等適用材料。

（2）磷酸自身的腐蝕性對制造手段、工業(yè)最終產(chǎn)品中包含的雜質(zhì)具有一定的決定性作用。磷酸腐蝕和硫酸存在一定的相似，和硫酸相比具有較小的腐蝕性。相關(guān)人員在磷酸介質(zhì)中選材，需要結(jié)合不同磷酸濃度和溫度合理選擇金屬材料。

（3）現(xiàn)階段，市場上銷售的硫酸大多是98%濃度的濃硫酸，屬于一種強氧化劑。稀硫酸濃度在93%之下，沒有相應(yīng)的氧化性能，具有強酸的腐蝕性，同時其隨著硫酸濃度和溫度的變化發(fā)生一定轉(zhuǎn)變。鉛及鉛合金、碳鋼與鑄鐵、高硅鑄鐵和不銹鋼在稀硫酸中具有良好的適用性。濃硫酸的濃度大多都是在93%～98%之間，具有較強的氧化性能，包含低溫、高溫和較高溫濃硫酸。

（4）硝酸具有較強的氧化性，具體氧化性能和其濃度具有直接關(guān)系。碳鋼在35%濃度硝酸附件，腐蝕速度能夠?qū)崿F(xiàn)最高值，同時硝酸濃度在50%之上的情況下，碳鋼被硝酸鈍化，腐蝕速度迅速下降；硝酸濃度大于90%的情況下，碳鋼腐蝕逐漸增加。碳鋼在稀硝酸、濃度80%之上的硝酸中不能使用，主要在40%～80%之間的硝酸濃度中能夠達到最佳使用狀態(tài)。另外，304、304L、347等的相關(guān)類型的不銹鋼，在硝酸中發(fā)生一定的變化，具有優(yōu)良的耐腐蝕性。室溫下各個濃度的硝酸和50%之下沸騰硝酸中，18-8不銹鋼呈現(xiàn)出良好的腐蝕性能，但是隨著硝酸濃度和溫度的不斷增加，逐漸降低了其腐蝕性[3]。沸騰硝酸在5%～20%的濃度中，幾乎沒有腐蝕，當溫度在150℃左右的情況下，迅速增加了腐蝕。18-8不銹鋼在濃度60%的硝酸，室溫時具有絕對耐腐蝕性。

2.2 有機酸選材

金屬材料在通用機械常見腐蝕介質(zhì)中選材的過程中，甲酸屬于有機酸中最強的酸之一，具有最大的腐蝕性。碳鋼在相應(yīng)濃度的甲酸中具有嚴重的腐蝕，304、316型的不銹鋼主要是在室溫下多種濃度甲酸中呈現(xiàn)出良好耐腐蝕性的材料。但是，316不銹鋼僅僅在沸騰甲酸介質(zhì)濃度大約5%條件下適用；304不銹鋼在沸騰甲酸介質(zhì)濃度大約在1%～2%之間的條件下適用。銅合金和銅在室溫達到沸點所有濃度甲酸介質(zhì)中呈現(xiàn)出優(yōu)良耐腐蝕性的材料。

另外，乙酸屬于非氧化型的有機酸，在室溫下具有較小的腐蝕，當溫度逐漸上升的情況下，腐蝕程度迅速增高，同時當介質(zhì)中包含Cu2+或Cl-雜質(zhì)的情況下，腐蝕現(xiàn)象會出現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，當乙酸中包含甲酸存在形成混酸的情況下，明顯增強了乙酸的腐蝕性。鋁屬于室溫下所有濃度乙酸介質(zhì)中具有優(yōu)良耐腐蝕性的材料。青銅、銅在室溫至沸點之上的稀酸中能夠有效使用，但是存在Cu2+雜質(zhì)的情況下，就會加劇銅合金腐蝕[4]。304型不銹鋼在沸點之下的稀酸中使用，但是介質(zhì)中存在Cl-雜質(zhì)的情況下，就會出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象。冰醋酸和高溫條件下，316型不銹鋼能夠在全濃度乙酸中使用，屬于適用性較高耐腐蝕材料。高硅鑄鐵、哈氏合金C、20＃合金在高溫全濃度乙酸中具有較強的適用性，已經(jīng)被大規(guī)模的應(yīng)用。

2.3 堿選材

一般情況下，堿包含分蒸發(fā)燒堿、離子膜氯堿、黃堿和純堿等情況，耐堿材料基本要求主要是耐堿蝕無或少鐵離子污染，同時不能出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂。碳鋼主要在87℃之下的溫度和50%濃度之下的燒堿介質(zhì)中使用，同時需要關(guān)注介質(zhì)對鐵離子污染程度的實際要求?，F(xiàn)階段，我國相關(guān)工業(yè)中大規(guī)模采用灰鑄鐵。但是，該種材料需要在沒有任何離子污染的條件下應(yīng)用。304、316型奧氏體不銹鋼在堿液中具有較強的耐腐蝕性，不斷增加鎳含量，就會有效提升耐腐蝕性能。鎳屬于處理強堿的良好材料，但是為了防止純堿出現(xiàn)堿脆現(xiàn)象，鈦材在純堿工業(yè)中獲得更加廣泛的應(yīng)用，取得良好應(yīng)用效果。

3.結(jié)語

有機酸介質(zhì)條件下，304、316型不銹鋼在室溫下的甲酸中具有良好的適用性，銅合金或者銅在全溫度、全濃度下的甲酸介質(zhì)中適用性較高。乙酸介質(zhì)選材過程中，需要對Cu2+或Cl-雜質(zhì)進行綜合考慮，會加劇腐蝕，產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象；介質(zhì)為無機酸的情況下，金屬材料的選擇需要對不同溫度、濃度腐蝕介質(zhì)的腐蝕能力、進出材料的耐腐蝕性、脆性、硬度和價格進行綜合性考量；介質(zhì)為堿的情況下，金屬材料選擇需要全面考慮其耐腐蝕性、無或少鐵離子污染且不能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。