耐蝕材料在無機化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

甘振杰

[中科認(rèn)證技術(shù)服務(wù)（廣州）有限公司，廣東廣州 510650]

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機化工產(chǎn)品的種類越來越多，在不斷發(fā)展的過程中，對材料的要求也越來越高，特別是對腐蝕性的要求。因此，無機化工產(chǎn)品必須具有良好的耐腐蝕性能[1]。目前，國內(nèi)外對無機化工產(chǎn)品的耐腐蝕性能研究主要集中在表面活性劑、阻燃劑、防腐劑、潤滑劑等方面。其中表面活性劑是影響無機化工產(chǎn)品耐腐蝕性能的重要因素之一?，F(xiàn)階段，無機化工產(chǎn)品的耐腐蝕性能主要通過添加表面活性劑來實現(xiàn)。但是，表面活性劑在無機化工產(chǎn)品中的應(yīng)用存在一定的局限性，不能滿足高性能無機化工產(chǎn)品的需求。在這種背景下，耐腐蝕是無機化工生產(chǎn)中一個重要的環(huán)節(jié)，它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，對腐蝕問題的研究也是無機化工發(fā)展的必然趨勢。

1 無機化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的腐蝕情況

伴隨時代的飛躍，無機化工行業(yè)發(fā)展迅速，各種新型材料不斷涌現(xiàn)，對無機化工的腐蝕問題提出了新的挑戰(zhàn)[2]。目前，我國已成為世界上最大的有機化工生產(chǎn)國，產(chǎn)品種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，造成的腐蝕種類較多，其中最為突出的是均勻腐蝕、石墨化腐蝕、磨損腐蝕。這些腐蝕形式的發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運行，而且還會造成設(shè)備的損壞。因此，加強設(shè)備的腐蝕防護(hù)工作，保證設(shè)備的安全運行，是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。

1.1 均勻腐蝕

均勻腐蝕是指無機化工生產(chǎn)過程中，介質(zhì)與金屬產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕指的是無機酸、堿、鹽甚至工業(yè)大氣等在金屬表面產(chǎn)生的腐蝕。不銹鋼、鈦、鋁等金屬腐蝕后能生成致密的腐蝕膜，防止金屬進(jìn)一步腐蝕，因此也稱鈍化膜；但其他金屬生成的腐蝕產(chǎn)物膜不夠致密，甚至呈多孔狀，反而促進(jìn)金屬進(jìn)一步腐蝕。電化學(xué)腐蝕則由于無機化工產(chǎn)品和原料多為強電解質(zhì)，如長期同時接觸兩種以上不同電位的金屬，兩種金屬間會產(chǎn)生原電池反應(yīng)，使得較為活潑的金屬表面產(chǎn)生腐蝕。

1.2 石墨化腐蝕

石墨化腐蝕是指在無機化工生產(chǎn)過程中，由于原料中存在大量的碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂等物質(zhì)，這些物質(zhì)在高溫條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽沉淀物，從而引起金屬表面的腐蝕。石墨化腐蝕最重要的原因是石墨的表面缺陷，主要是由于石墨表面氧化膜的破壞所致。石墨化腐蝕的發(fā)生是一個緩慢的過程，一般需要幾年甚至幾十年的時間。石墨化腐蝕的發(fā)生，主要是由于石墨的化學(xué)成分發(fā)生了變化，導(dǎo)致石墨的性能發(fā)生了變化。例如，碳化物的存在會降低石墨的抗腐蝕性能，而碳化物的含量越高，則越容易發(fā)生腐蝕。此外，還有一些物質(zhì)，如金屬離子、有機物等，也會影響石墨的性能。石墨化腐蝕會增加鋼材的表面粗糙度，降低鋼材的強度，并且會導(dǎo)致鋼材的脆性增加。

1.3 磨損腐蝕

磨損腐蝕是由于機械加工、化學(xué)處理、物理作用等因素造成的金屬表面局部或全部的損傷，使金屬表面失去光澤、粗糙、硬度降低、脆性增加，甚至產(chǎn)生龜裂、脫落等現(xiàn)象[4]。用于高速流體管道、泵、閥的腐蝕就屬于典型的磨損腐蝕。尤其是當(dāng)高速流體中存在固相顆粒物時，管、泵、閥的磨損腐蝕會更加嚴(yán)重。另外，設(shè)備只要運轉(zhuǎn)，正常的磨損腐蝕不可避免，即便選擇較優(yōu)的材料，隨著設(shè)備使用年限增加，設(shè)備的磨損還是會越來越嚴(yán)重，這時就需要對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，防止因設(shè)備老化導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的降低，排除安全隱患。

2 無機化工生產(chǎn)中的防腐必要性

在工業(yè)化進(jìn)程中，無機化工產(chǎn)品的腐蝕問題日益突出，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。隨著無機化工技術(shù)的發(fā)展，對無機化工產(chǎn)品的腐蝕控制越來越重視，并取得了一定的成效[5]。但是，由于缺乏相應(yīng)的理論知識和實踐經(jīng)驗，在實際工作中往往出現(xiàn)各種問題，嚴(yán)重影響了無機化工行業(yè)的健康發(fā)展?，F(xiàn)階段，防腐劑的應(yīng)用主要集中在有機溶劑中，其次是水溶液中。但是，隨著環(huán)境污染的加劇，有機溶劑的毒性越來越大，已經(jīng)成為制約有機化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。近年來，國家大力推廣無機防腐劑，并將其列為重點發(fā)展領(lǐng)域。然而，目前市場上的無機防腐劑產(chǎn)品魚龍混雜，質(zhì)量參差不齊，不少企業(yè)為了降低成本，采用廉價的化學(xué)合成品替代有機防腐劑，導(dǎo)致防腐劑殘留超標(biāo)問題突出。因此，加強無機化工生產(chǎn)中防腐劑的安全性評價勢在必行。

3 無機化工生產(chǎn)中腐蝕性對材料選擇的影響

3.1 對不銹鋼材料選擇影響

奧氏體不銹鋼是腐蝕性最強的鋼種，其次是馬氏體不銹鋼，再次是鐵素體不銹鋼。奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性主要取決于鋼中碳含量的多少，碳含量越高，耐腐蝕性越好。奧氏體不銹鋼具有良好的塑性，可焊性好，焊接接頭強度高，焊接性能優(yōu)良。奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分為CR18NI9TI，含碳量為0.5%～1.5%，相對密度為1.35～2.0 g/cm3，屈服強度為950 MPa 左右，延伸率為2.5%～4.5%，硬度為HRC55～45，抗拉強度為200～300 MPa，斷裂伸長率為1.5%～4.5%。其中奧氏體不銹鋼又以含有鉬的 00MO5鋼為代表。由于含鉬量高，所以具有良好的耐腐蝕性能、抗氧化性能和高的機械強度。00MO5不銹鋼擁有良好的抗腐蝕性，但在酸性介質(zhì)中會出現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象。因此，對于這類材料，應(yīng)盡量避免使用。對于其他類型的不銹鋼，如鎳鉻合金、鈦合金等，也不宜采用此種方法。因為它們的耐腐蝕性較差，在酸性介質(zhì)中容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成材料的損壞。此外，不銹鋼還具有良好的機械性能、耐腐蝕性能和電絕緣性能，因此，其是一種理想的絕緣材料。

雙相不銹鋼是一種耐腐蝕性較好的材料，但在高溫條件下，會出現(xiàn)脆性斷裂，這種脆性斷裂會導(dǎo)致不銹鋼材料的使用壽命大大縮短。因此，不銹鋼材料應(yīng)該采用低溫焊接工藝，以延長不銹鋼材料的使用壽命。焊接溫度一般控制在200℃左右，焊接時間不宜超過2 min。如果不能保證焊接溫度，可盡量避免與酸性物質(zhì)接觸，尤其是含有硫酸鹽的化學(xué)物質(zhì)[6]。如果需要接觸，必須采取措施防止腐蝕。RE60和CD4MCU鑄造不銹鋼是雙相不銹鋼的一種，它們的耐腐蝕性差異很大。這兩種不銹鋼都具有良好的耐腐蝕性，但RE60和CD4MCU 鑄造的不銹鋼在高溫下會產(chǎn)生一定程度的腐蝕，但它們的耐腐蝕性不會超過0.5級。然而，由于RE60和CD4MCU 鑄造的不銹鋼具有較高的強度，因此它們可以承受更高的溫度。因此，如果在使用過程中發(fā)生泄漏，RE60和CD4MCU 鑄造的不銹鋼將不會出現(xiàn)任何問題。這種材料具有良好的耐腐蝕性，并且在長期使用中不會產(chǎn)生裂紋。并且，雙相不銹鋼具有較好的耐晶間腐蝕能力，但由于氯化物的侵蝕性較弱，在應(yīng)力較低時，其抗應(yīng)力腐蝕性能的優(yōu)越性反而更明顯。

3.2 對鈦材料選擇的影響

鈦具有較強的自鈍能力并且在高溫條件下易產(chǎn)生氧化膜，因此，鈦材料的耐腐蝕性不如不銹鋼材料。鈦合金的耐腐蝕性主要取決于其表面涂層的性能，涂層的種類和厚度直接影響鈦合金的耐腐蝕性。比以前采用碳鋼制成冷凝器的裝置，鈦合金設(shè)備可以使用超過10 a。另外，閥門是無機化工領(lǐng)域重要的設(shè)備，閥門有截止閥、閉式閥、球閥和螺旋塞等，主要的材料有不銹鋼、鈦和鑄鐵。根據(jù)實際使用的資料，一般用膠膜閥及鑄鐵閥的壽命只有3個月左右，而且，鑄鐵閥的鐵料抗腐蝕性更差，而且其較重，產(chǎn)生的泄漏與化工生產(chǎn)過程中常規(guī)化工裝置中所存在的問題具有一定的共性和不可逆性。而鈦合金材質(zhì)的閥門則表現(xiàn)出優(yōu)異的內(nèi)腐蝕、抗磨損的性能，能有效地保護(hù)化工設(shè)備不受腐蝕。鈦材質(zhì)的閥門具有良好的耐腐蝕性能，在高溫環(huán)境下也不會出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，因此鈦材質(zhì)的閥門在化工行業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用。目前市場上常見的鈦材質(zhì)閥門主要有不銹鋼、鈦合金、鈦金屬、陶瓷等。

從目前鈦材料在化工生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用情況來看，鈦材料的腐蝕性主要來自其表面的氧化膜，而這種氧化膜的形成是通過化學(xué)反應(yīng)的方式實現(xiàn)的，所以鈦材料的腐蝕性主要來自氧化膜[7]，而這種氧化膜的形成是通過化學(xué)反應(yīng)的方式實現(xiàn)的，所以鈦材料的腐蝕性主要來自化學(xué)反應(yīng)。在腐蝕性介質(zhì)或浸蝕、沖刷兩種介質(zhì)中，鈦材料制成的靜止裝置或傳動裝置使用壽命都較長，這些成果對化工企業(yè)具有較高的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

3.3 對非金屬材料選擇影響

耐蝕塑料主要分為熱塑性和熱固性兩大類，其中熱塑性塑料的耐蝕性最好，熱固性塑料次之，熱塑性塑料有聚氯乙烯和聚丙烯，熱固性塑料有聚苯乙烯和聚乙烯，熱處理過的塑料有聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺等。這些材料在加工過程中，會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會導(dǎo)致材料的溫度升高，從而引起材料的老化。因此，在選擇塑料時，應(yīng)注意選擇不含增塑劑的塑料?；ぴO(shè)備制造時需通過熱處理，以提高塑料的性能。在使用過程中，應(yīng)避免高溫，防止產(chǎn)生裂紋。此外，還應(yīng)注意塑料的表面粗糙度，以保證其耐磨性。耐蝕塑料主要用于管道、管件、容器、儀表、電纜、閥門、儀表等，在這些領(lǐng)域中，腐蝕性對材料的選擇有很大的影響。因此，在進(jìn)行材料選擇時，應(yīng)考慮材料的耐蝕性。

玻璃鋼是一種具有良好耐腐蝕性的材料，但在高溫條件下，會出現(xiàn)脆性斷裂，這種脆性斷裂會導(dǎo)致玻璃鋼的使用壽命大幅降低。因此，玻璃鋼材料應(yīng)盡量選用耐腐蝕性好的材料，如不銹鋼、鎳鉻合金、鈦合金等。另外，玻璃鋼材料的表面光潔度要求較高，一般要求達(dá)到鏡面效果。玻璃鋼材料的強度和韌性都比較好，可以滿足建筑工程的需要。玻璃鋼材料具有良好的防腐蝕性能，可以用于各種建筑物的防腐蝕處理。耐蝕玻璃鋼制品主要有儲罐、管道、水泵、電機等，其耐蝕性的好壞直接影響到它們的使用壽命。需要注意的是選用耐蝕玻璃鋼制品時，應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選用合適的材料。例如，在潮濕的環(huán)境中，應(yīng)選用耐腐蝕性能好的玻璃鋼材料，以防止水汽侵入，造成腐蝕。在高溫環(huán)境中，應(yīng)選用耐高溫性能好的玻璃鋼材料以防止熱膨脹引起的變形。

4 結(jié)束語

無機化工生產(chǎn)中腐蝕性對材料選擇的影響很大，在選擇無機化工材料時，應(yīng)考慮腐蝕性的影響，以確保產(chǎn)品的安全性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對無機化工材料的要求越來越高，因此，無機化工材料的選擇必須根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境來進(jìn)行，這樣才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。