常用幾種特種金屬材料的耐腐蝕特點及應用

前言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展尤其是化工行業(yè)的技術(shù)改造升級的加快，特種金屬材料在國內(nèi)的應用越來越廣泛，南京寶色鈦業(yè)有限公司通過近幾年的研究及開發(fā)已成為國內(nèi)最大的特種金屬材料設備制造加工企業(yè)之一，結(jié)合國內(nèi)近幾年特種金屬材料的應用發(fā)展狀況，對國內(nèi)近幾年及正在逐步推廣應用的幾種特種金屬材料進行了分析整理，并對這幾種特種金屬材料的推廣使用提出了一些建議,希望能夠引起國內(nèi)相關(guān)主管部門及設備生產(chǎn)廠家的重視。

上世紀90年代前，由于國內(nèi)石化、化工等行業(yè)發(fā)展緩慢及與國外的同行接觸較少，因此特種金屬材料在石化、化工等相關(guān)行業(yè)的推廣應用也相對滯后，設備用材主要還是集中在碳鋼、不銹鋼，以及應用一些廉價的防腐方式（采用搪瓷，橡膠襯里、或耐蝕涂料等）

近些年來,國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，尤其是石油、化工等相關(guān)行業(yè)的大力發(fā)展，對生產(chǎn)設備的材料也提出了越來越高的防腐要求，從而也帶動了國內(nèi)相關(guān)研究院所加工企業(yè)（如合肥通用所、寶雞有色金屬加工廠等）對此的開發(fā)研究，以及相關(guān)設備制造廠家特種金屬材料設備制造技術(shù)裝備能力的提高（如爆炸復合技術(shù)的應用），這期間也離不開國家政府的推動（國家鈦辦、中石化國產(chǎn)化辦公室），尤其是國產(chǎn)化進程的加快。同時一些國際特種材料供應商（德國克虜勃、美國冶聯(lián)公司等）的大力宣傳也推動了特材應用步伐，這些因素都在不同程度上推動了國內(nèi)特種金屬材料的開發(fā)應用。

以下整理分析了幾種特種金屬材料的特點及應用。

一.鈦及鈦合金

中國鈦合金的生產(chǎn)與國外基本同步，但其推廣應用要落后一些，尤其是民用。同時由于近幾年來國外走私鈦材及一些設備加工企業(yè)的無序競爭，一些不具備生產(chǎn)能力的企業(yè)以及一些中小鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)采用劣質(zhì)材料或以次充好也在一定程度上擾亂了鈦設備市場，使設備使用廠家談‘鈦’色變，因此這種狀況也對中國的鈦設備行業(yè)的發(fā)展起到一定阻礙作用，須引起相關(guān)管理部門的注意，并且也應成為正在發(fā)展的其他特材的前車之鑒，

常用鈦材牌號（有國家材料標準）

TA1(Grade2)工業(yè)純鈦

TA2(Grade3)工業(yè)純鈦

TA9(Grade11)Ti-0.2Pd

TA10(Grade12)Ti-0.3Mo-0.8Ni

TC4(AB-1)Ti-6Al-4V

1.鈦材的耐腐蝕特點

鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬，在空氣中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一層穩(wěn)定的氧化性保護膜，即使因為某些原因膜遭破壞，也能迅速自動恢復。因此鈦在氧化性、中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

由于鈦的巨大鈍化性能，在許多情況下與異種金屬接觸時，并不加快腐蝕，而可能加快異種金屬的腐蝕。如在低濃度非氧化性的酸中，若將Pb、Sn、Cu或蒙乃爾合金與鈦接觸形成電偶時，這些材料腐蝕加快，而鈦不受影響。而在鹽酸中，鈦與低碳鋼接觸時，由于鈦表面產(chǎn)生新生氫，破壞了鈦的氧化膜，不僅引起鈦的氫脆，而且加快鈦的腐蝕，這可能是由于鈦對氫有高度的活性所致。

鈦中的含鐵量對某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能有影響，鐵增多的原因除原材料的原因外，常常是焊接時沾污的鐵滲入焊道，使焊道中局部含鐵量增高，這時腐蝕具有不均勻的性質(zhì)。使用鐵件支撐鈦設備時，鐵鈦接觸面上的鐵沾污幾乎是不可避免的在鐵沾污區(qū)腐蝕加速，特別是在有氫存在的情況下。當沾污表面的鈦氧化膜發(fā)生機械損壞時，氫就滲入金屬，根據(jù)溫度、壓力等條件，氫發(fā)生相應的擴散，這使鈦產(chǎn)生不同程度的氫脆。因此鈦在中等溫度和中等壓力和含氫系統(tǒng)中使用要避免表面鐵污染。

在一般情況下，鈦不會發(fā)生孔蝕。

鈦還具有抗腐蝕疲勞穩(wěn)定性。

鈦耐縫隙腐蝕性能較好，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合金廣泛用于容器設備的密封面材料，以解決設備密封面縫隙腐蝕問題。

2.鈦材的應用

由于鈦材的優(yōu)良耐腐蝕性能,鈦材廣泛應用于石油、化工、制鹽、;制藥、冶金、電子、航空、航天、海洋等相關(guān)領(lǐng)域。

鈦對大多數(shù)鹽溶液來說具有良優(yōu)異的耐蝕性，如鈦在氯化物溶液中比高鉻鎳鋼耐蝕，并無孔蝕現(xiàn)象。但在三氯化鋁中腐蝕率較高，這與三氯化鋁水解后產(chǎn)生濃鹽酸有關(guān)。鈦對熱的亞氯酸鈉和各種濃度的次氯酸鹽也有良好的穩(wěn)定性。因此鈦材廣泛用于真空制鹽和漂粉精行業(yè)。

鈦對大多數(shù)的堿溶液具有良好的耐蝕性。鈦在濃度小于50％的氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中較為穩(wěn)定。如果堿溶液中含有氯離子或氯化物，則其耐蝕性甚至超過鎳和鋯。但在溫度和濃度增大的情況下，腐蝕會增大?，F(xiàn)在氯堿行業(yè)是國內(nèi)民用鈦材應用的最大領(lǐng)域。

鈦在干燥的氯氣中不耐蝕，同時有著火的危險，但在潮濕的氯氣中具有很高的穩(wěn)定性，超過鋯、哈氏合金C及蒙乃爾合金，甚至在飽和氯氣的硫酸、鹽酸和氯化物等介質(zhì)中也穩(wěn)定，所以鈦材是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)關(guān)鍵設備的首選材料。

由于鈦材在碳氫化合物中的耐蝕性很好，甚至在含有酸及氯化物類雜質(zhì)時也很好。因此鈦材在有機化工中也廣泛應用，如PTA（精對苯二甲酸），PVA（維尼綸）等。

鈦材在海水中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，因此鈦材也廣泛應用于海洋石油鉆井平臺，海水淡化等海洋領(lǐng)域。

3.國內(nèi)推廣應用狀況

國內(nèi)尚無鈦制焊接壓力容器國家標準，但在容規(guī)的相關(guān)章節(jié)中有部分說明，新的《鈦制焊接壓力容器》（JB4750－2000）正在審定過程中。

南京寶色鈦業(yè)有限公司通過自身的努力并在社會各界的支持下,近幾年發(fā)展很快,尤其是在一些重大鈦設備的國產(chǎn)化研制成功,引起了國內(nèi)外的廣泛重視。

現(xiàn)在國內(nèi)鈦設備用鈦材主要由寶雞有色金屬加工廠生產(chǎn)，同時上海寶鋼集團也在積極發(fā)展鈦合金產(chǎn)業(yè)，并且發(fā)展速度較快?，F(xiàn)在國內(nèi)鈦材基本可以實現(xiàn)自給，并有部分出口。

二.鎳及鎳基合金

鎳及鎳基合金的國內(nèi)生產(chǎn)狀況

國內(nèi)工業(yè)用純鎳完全可以自行生產(chǎn)，但一些鎳基合金則主要依賴進口。

鎳及鎳基合金種類(部分有國家材料標準):

NiNickel200Permanickel300

Nickel201Darmanickel301

Ni-CuMonel400MonelK-500Monel401

Monel502Monel404MonelR405

Ni-Cr0Cr30Ni70Corronel230(Cr35Ni65)

Inconel671(Cr50Ni50)子點蝕能力，鎳進一步增強抗點蝕能力，而且能提供比300奧氏體不銹鋼更高的強度，因此經(jīng)常應用于設備中較薄的部分。在AL—6XN中，較高含量的鉻、鉬、和鎳也提供了不銹鋼的成形和焊接時的抗腐蝕性能力。

AL-6XN高鉻、鉬、鎳和氮使AL-6XN具有較好的抗氯離子點蝕能力、縫隙腐蝕，這就使AL-6XN應用于很多環(huán)境如：食品、海水或其它化工環(huán)境

今年該不銹鋼首次在國內(nèi)使用，是國內(nèi)某大型化工廠進口的原材料（AL-6XN板材、管材及焊絲），由南京寶色鈦業(yè)有限公司承擔全套設備制造（共11臺），并由合肥通用所承擔監(jiān)制，現(xiàn)該批設備已基本完工。

七.復合材料

盡管特種金屬材料具有各自的較好的耐腐蝕性能，但同時也相對價格較高，這也是其中一些不能大面積推廣的原因之一，但金屬復合技術(shù)又從另一方面促進了這些特種金屬材料的應用。

金屬復合材料是由a、b、c等若干金屬或合金組元，經(jīng)不同的加工工藝復合而成的新金屬材料，各界面形成金屬鍵集結(jié)合，具有原單體金屬材料同等或更佳的性能。它既不是a也不是b（或c）。它綜合了構(gòu)成組元的優(yōu)點，而使單組組元的性能不足得到克服，它即優(yōu)化了材料設計，又體現(xiàn)了合理使用材料的原則，是當前材料科學與工程的發(fā)展方向之一。

復合方式：爆炸復合、爆炸－軋制復合、軋制復合，現(xiàn)國內(nèi)大多采用爆炸復合方式。

復合材料品種：復合板（兩層、三層）、復合棒、復合管

優(yōu)點：復層材料與基層材料性能的合理組合和配比；

根據(jù)需要確定兩種材料的厚度比；

節(jié)約貴重希缺金屬，降低設備造價；

減少結(jié)構(gòu)設計厚度或提高結(jié)構(gòu)的使用應力；

應用到冶金、石油、化工、制鹽、制堿、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，收到極好的經(jīng)濟效益。

目前國家已有復合材料的相關(guān)國家標準，如GB8547-87《鈦－鋼復合板》、GB8546-87《鈦－不銹鋼復合板》、JB4733-94《壓力容器用爆炸不銹鋼復合鋼板》等。

綜上所述,由于特種金屬