特種材料在石化領(lǐng)域的應(yīng)用(共33頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上特種合金在石化領(lǐng)域的應(yīng)用第一章 鈦及鈦合金一、概 述 鈦的儲(chǔ)藏量非常豐富，在地殼外層16的范圍內(nèi)含有0.4的鈦。其含量在金屬中僅次于鋁、鐵和鎂，占第4位。據(jù)美國礦業(yè)局統(tǒng)計(jì)（未計(jì)入中國），世界上兩種主要鈦礦即鈦鐵礦和金紅石的儲(chǔ)量（按鈦含量計(jì)）分別已達(dá)到9.05億和1.35億，共為10.4億。而中國鈦的儲(chǔ)量為4.8億，居世界首位。世界鈦礦產(chǎn)量（按含鈦量計(jì)），鈦鐵礦為427.2萬，金紅石為39.5萬，共計(jì)466.7萬。鈦礦絕大部分用作顏料，只有少部分制成金屬鈦。如美國礦的93用作顏料，僅7用于金屬。鈦礦先在海綿鈦廠中經(jīng)過氯化成為四氯化鈦，再用鎂或鈉還原成海綿鈦，成為熔煉鈦的

2、原料。據(jù)日本鈦協(xié)會(huì)報(bào)告，世界各國海綿鈦的年生產(chǎn)力已達(dá)到12-16萬，其中日本3.44萬、美國3.22萬、英國0.5萬、俄羅斯4.5萬、中國0.3萬。在真空條件下將海綿鈦和廢鈦熔煉成為鈦錠。世界上鈦錠生產(chǎn)能力約為14萬年。加工鈦的設(shè)備如壓機(jī)、軋機(jī)等，常與加工鋼材的壓機(jī)、軋機(jī)共用，因此一般不能籠統(tǒng)地統(tǒng)計(jì)鈦加工材料的生產(chǎn)能力。近年世界鈦材年產(chǎn)量約近15-20萬。我國年鈦材產(chǎn)量3000。 鈦材用途可分為航空和非航空兩大類。美國鈦材大部分用于航空，如美國航空用鈦約占鈦材總消費(fèi)量的70。非航空用鈦主要為化工用鈦。日本、俄羅斯、聯(lián)邦德國、英國以及我國的鈦材都有8090的鈦材用于化工過程設(shè)備，主要是利用鈦的優(yōu)

3、異的耐蝕性。世界上所生產(chǎn)的各類鈦材中，鍛件的比例高是由于航空工業(yè)所用鍛件較多，化工設(shè)備所用的鈦鍛件比例相對較低。世界非航空（民用）鈦材中鍛件約占12、鑄件占2。世界上，俄羅斯、美國、日本、聯(lián)邦德國是鈦鑄鍛件的主要生產(chǎn)國。中國鑄鈦件也已具有年產(chǎn)約上百噸的能力。鈦鑄鍛件主要用于化工、石油、輕工、紡織、海洋、電力、冶金、機(jī)械等部門。主要制品為泵葉輪、泵殼、閥體、渦輪、風(fēng)機(jī)葉輪、船用推進(jìn)器葉輪、壓縮機(jī)機(jī)殼、管件、離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓、氣墊船的水力噴射推進(jìn)器的葉輪等。鈦的相對密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度高。鈦的熱導(dǎo)率比碳鋼低得多，與不銹鋼接近。二、主要成分和使用特性目前主要的鈦及鈦合金有如下幾種：工業(yè)純鈦（Unallo

4、yed Titanium） （TA1、TA2、TA3）Ti32Mo合金 Ti0.3Mo0.8Ni Ti0.2Pd TA5 Tc4主要成分和使用特性如表1表1 鈦及鈦合金主要成分和使用特性材料名稱主要成分使用特性工業(yè)純鈦Ti99%以上耐濕氯氣、多種氯化物，硝酸（除含水極低）醋酸及各種氧化性介質(zhì)腐蝕，耐含氧化劑的還原性酸、耐硫化物及海水腐蝕；不推薦在強(qiáng)還原性條件下使用。Ti32Mo68Ti32Mo耐強(qiáng)還原性酸、高溫稀硫酸、鹽酸、磷酸、低濃度氫氟酸、不推薦用于氧化性條件Ti0.2PdTi0.2Pd耐氧化介質(zhì)、抗縫隙腐蝕、不易產(chǎn)生氫脆。Ti0.3Mo0.8NiTi0.3Mo0.8Ni耐硝酸、鉻酸等氧化

5、性介質(zhì)、改善了工業(yè)純鈦在還原性介質(zhì)中的耐蝕性，抗縫隙腐蝕，能取代工業(yè)純鈦在高溫海水、鹽水、濕氯氣等高溫、高濃度氯化物中使用。Ta5Ti5A10.005B中強(qiáng)度鈦合金，在海水及氧化性介質(zhì)中耐蝕性與工業(yè)純鈦接近，用于上述環(huán)境Tc4Ti6A14V高強(qiáng)度鈦合金。在海水及氧化性介質(zhì)中耐蝕性與工業(yè)純鈦接近，用強(qiáng)度要求高的部件。三、鈦及鈦合金的耐蝕性能 鈦表面的氧化膜很致密，鈦的鈍性系數(shù)達(dá)2.44（鐵為0.18、鎳為0.37、鉬為0.49、鋁為0.82），是具有很強(qiáng)的鈍化傾向的金屬。一班地說，表面氧化膜越厚。其耐蝕性越好。（一）、全面腐蝕鈦在氧化性和中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，此時(shí)鈦表面的氧化膜能穩(wěn)定存在，

6、即使由于某些原因遭到破壞后也能很快自行恢復(fù)。在強(qiáng)還原性酸中，鈦的氧化膜易被溶解，因而不耐腐蝕。在溫度不高的某些稀還原性酸中，鈦也具有一定的耐蝕性，尤其是當(dāng)還原性酸中含有氧化性金屬離子、氧和其他氧化劑時(shí)，鈦也有較好的耐蝕性。工業(yè)純鈦在某些介質(zhì)中的腐蝕數(shù)據(jù)列于表2-6-19。下面分別敘述在主要介質(zhì)中鈦的耐蝕性。1、硝酸 鈦在沸點(diǎn)以下各種濃度的硝酸中均具有優(yōu)異的耐蝕性。2、硫酸 鈦在10%98%濃度的硫酸中不耐蝕，只能用于室溫下5%的溶氧硫酸中。100時(shí)鈦僅能在0.2的硫酸中保持純鈦。 3、鹽酸 鈦在鹽酸中具有中等的耐蝕性。一般認(rèn)為工業(yè)純鈦可用于室溫、7.5%；60、3%；100、0.5%的鹽酸中。

7、也有些報(bào)導(dǎo)認(rèn)為可以使用的濃度應(yīng)更低些。 4、磷酸 鈦可用于35、30%；60、10%；100、3%以下的磷酸中。若介質(zhì)中含有Fe+3、Cu+2、Ag+1、Hg+2以及硝酸等氧化劑，可以提高鈦在磷酸中的耐蝕性。 5、其他無機(jī)酸 鈦在氫氟酸中不耐蝕，在酸性氟化物溶液中也不能使用。鈦在硼酸、鉻酸中耐蝕；在一些氫碘酸、氫溴酸中可以使用；在氟硼酸、氟硅酸中一般不使用。鈦可用于60、10%硫酸和90%硝酸的混酸；沸騰的1%鹽酸和5%硝酸的混酸以及室溫王水中。 6、堿和鹽 鈦對大多數(shù)堿液耐蝕。鈦在室溫下各種濃度的氫氧化鋇、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中完全耐蝕，不能用于沸騰的氫氧化鈉、氫氧化鉀

8、溶液中。堿溶液含游離氯時(shí)，鈦能耐蝕。堿中含氨會(huì)加劇鈦的腐蝕。 7、水 鈦在自來水、河水中，即使溫度高達(dá)300也具有優(yōu)異的耐蝕性。在120海水中有很高的耐蝕性；若溫度再提高，可能會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕。 8、有機(jī)物 除了蟻酸、草酸和較濃的檸檬酸外，鈦對所有有機(jī)酸均具有優(yōu)異的耐蝕性。9、氯、氯化物和其它鹵素 鈦在干氯氣中能發(fā)生劇烈反應(yīng)生成四氯化鈦，并有著火危險(xiǎn)。由于四氯化鈦能和水反應(yīng)生成氫氧化鈦，因而鈦在濕氯中具有很好的耐蝕性。鈦在氯氣中能保持純化所需要的含水量與氯氣的溫度、流速、壓力以及鈦表面膜的損壞情況等因素都有關(guān)系。一般認(rèn)為，為保持鈦純化所需最低含水量為0.01%0.05%。通常為了保證安全

9、生產(chǎn)，當(dāng)氯氣接觸鈦設(shè)備時(shí)，氯氣中的含水量實(shí)際控制在0.3%左右,甚至有時(shí)高達(dá)1.5%。 10、尿素甲銨溶液 在高溫高壓尿素甲銨溶液中，鈦的腐蝕率一般為0.01mm/a，比00Cr17Ni14Mo2不銹鋼低一個(gè)數(shù)量極。鈦保持耐蝕性所允許的最高溫度可達(dá)205210，而不銹鋼只能在190195以下耐蝕。 11、氣體鈦可被氧化。在300以下生成致密的氧化膜，在700以下生成的氧化膜能提高耐蝕性。溫度更高則氧化膜變脆，易剝落成氧化皮。作為結(jié)構(gòu)材料，鈦在空氣中可在425以下使用；作為非結(jié)構(gòu)材料，可在535以下使用。鈦在溫度不太高的二氧化硫、硫化氫、氨氣體中以及海洋性大氣中均有極好的耐蝕性。在300以上，氫

10、能明顯地進(jìn)入鈦中，除了氫在鈦中的物理滲入造成鈦的氫脆外，氫還可與鈦化合生成氫化鈦，形成氫化物型氫脆。提高氫分壓會(huì)加劇鈦的氫脆。氫中含水量超過2%時(shí)，可有效地阻止氫的滲入。陽極化表面處理可以提高鈦的抗氫能力。（二）、局部腐蝕與不銹鋼、鎳基合金、銅合金和鋁合金等金屬相比，工業(yè)純鈦具有較高的抗局部腐蝕能力，抗點(diǎn)腐蝕性能極佳，對晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等均不敏感，僅在極個(gè)別的介質(zhì)中才可能發(fā)生。鈦和其它純化型金屬一樣，較易產(chǎn)生縫隙腐蝕，在極少數(shù)情況下也能產(chǎn)生選擇性腐蝕和接觸腐蝕。只要注意鈦材的使用條件并采取適當(dāng)措施，鈦的局部腐蝕大多可以避免。（三）、耐蝕鈦合金 在工業(yè)純鈦還不能滿足腐蝕要求的情況下，

11、可以采用耐蝕鈦合金。常用的耐蝕鈦合金列于表。現(xiàn)在我國使用較多的是鈦鈀合金、鈦鎳鉬合金和鈦鉬合金。四、鈦及鈦合金在大型石化設(shè)備上的應(yīng)用 1983年，由國務(wù)院副總理方毅親自批示成立中國四聯(lián)鈦設(shè)備設(shè)計(jì)制造公司，在短短的幾年時(shí)間中，在機(jī)械工業(yè)用鈦方面做出了顯著業(yè)績，促進(jìn)了我國機(jī)械工業(yè)用鈦的大發(fā)展。 我國第一臺(tái)尿素中試生產(chǎn)用的鈦鋼壓力容器，完成了我國第一臺(tái)大型復(fù)合板壓力容器24萬噸/年CO2汽提塔的制造。為我國化肥工業(yè)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，該工程獲全國科技大會(huì)獎(jiǎng)。 合肥通用機(jī)械研究所為臺(tái)州電廠成功地研制了12.5萬千瓦全鈦凝汽器，該項(xiàng)目由于成績突出獲機(jī)械部科技進(jìn)步獎(jiǎng)。有力推動(dòng)了濱海電站、核電站用鈦的迅速發(fā)

12、展。 燕山石化、金山石化、遼陽石化、江蘇索普等企業(yè)引進(jìn)的設(shè)備的國產(chǎn)化,數(shù)十臺(tái)大型鈦及鈦合金設(shè)備都在運(yùn)行之中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。為開發(fā)鈦機(jī)械制造和推廣鈦的應(yīng)用。國內(nèi)做了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)，合肥通用機(jī)械研究所主編的“鈦設(shè)備設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用”一直是國內(nèi)鈦設(shè)備設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)技術(shù)指導(dǎo)文件，目前“鈦制壓力容器”國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)問世。四、鈦及鈦合金在各種介質(zhì)中的腐蝕數(shù)據(jù)表2 工業(yè)純鈦的腐蝕數(shù)據(jù)介質(zhì)濃度（）腐蝕率（mm/a）室溫中等溫度沸騰醋酸蟻酸草酸乳酸甲酸丹寧酸檸檬酸硬脂酸鹽酸硫酸硝酸磷酸鉻酸硝酸鹽酸硝酸硫酸 苯（含微量鹽酸氯化鈉）四氯化碳四氯乙烯（穩(wěn)定）四氯乙烯（含水）100505101025102

13、5502550100151020355104060803764951030502013317346蒸氣與液相蒸氣與液相100蒸氣與液相蒸氣與液相0.0000.0000.1270.0080.0000.1270.1270.1270.0000.0000.1751.3406.6600.0000.2301.800.60150.0000.0000.00250.0000.0000.0970.1270.0000.1270.1270.1270.0002.440（100）7.620（100）0.005（80）0.0029.3900.0380.0281.2700.1270.1270.1270.3456.53040.

14、80713.010.1270.1276.40017.6000.1270.1270.0050.00050.0003介質(zhì)濃度（%）腐蝕率（mm/a）室溫中等溫度沸騰三氯甲烯烷蒸氣與液相0.0003三氯甲烷（含水）0.127三氯乙烯99%，蒸氣與液相0.0025三氯乙烯（穩(wěn)定）990.0025甲醛370.127甲醛+25%硫酸500.305氫氧化鈉100.02020<0.127<0.12750<0.00250.0508730.127氫氧化鉀10<0.127250.305300.0002.743氫氧化銨280.0025碳酸鈉20<0.127<0.127氨（含氫氧化鈉

15、2%）200.0708氯化鐵400.0000.002（95）氯化亞鐵300.000<0.127氯化亞鉛100.000<0.127氯化亞銅50<0.127<0.127氯化銨10<0.127<0.127氯化鈣10<0.127<0.127氯化鋁25<0.127<0.127氯化鎂10<0.127<0.127氯化鎳510<0.127<0.127氯化鋇20<0.127<0.127硫酸銅20<0.127<0.127硫酸銨飽和<0.127<0.127硫酸鈉50<0.127<0.1

16、27硫酸亞鉛飽和<0.127<0.127硫酸亞銅10<0.127<0.12730<0.127<0.127硝酸根11<0.127 (續(xù))表3 鈦在無機(jī)酸中的腐蝕率介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）HNO351020304050606569.57098351003560100356010029035601001902003560100190200356010019035601001901653560100270190290350.0020.0150.0040.0120.0230.00450.0170.00380.360.00690.0220.101

17、.53.50.00580.01750.052.85.00.00580.0100.182.80.00710.0080.051.50.080.0110.00790.0191.20.381.10.002H2SO4（自然通氣）123室溫60沸騰60室溫600.00250.00890.0080.0050.013 （續(xù)）介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）H2SO4（自然通氣）451040608060 室溫60沸騰室溫室溫室溫室溫1.70.00250.24.8240.251.80.615H2SO45%+CuSO40.25%H2SO45%+CuSO40.5% H2SO45%+CuSO40.1% H2S

18、O430%+CuSO40.25%H2SO430%+CuSO40.5%H2SO465%+CuSO41%H2SO410%+Fe2(SO4)32g/LH2SO410%+Fe16g/LH2SO417%+ Fe2(SO4)378%H2SO45%+CrO30.5%H2SO430%+ CrO30.5% H2SO440%+MnO35%H2SO440%+Ti4.8g/LH2SO490%+HNO310%H2SO470%+ HNO330%H2SO430%+ HNO370%H2SO410%+ HNO390%H2SO410%+ HNO390%95959537953738沸騰沸騰609595室溫100室溫室溫室溫室溫65

19、00.0100.0100.060.090.060.080.130.130.13000.015鈍態(tài)0.460.630.1000.010H2SO4（氯飽和）45621020室溫室溫1901900.00250.00150.050.33HCl（通空氣）0.512351003560100601000.0010.0090.0030.0040.460.0166.9 （續(xù)）介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）HCl（通空氣）57.510152037 35603535603535350.0091.070.281.076.82.44.415HCl（通氮?dú)猓?357.510152035沸騰35沸騰353535

20、35350.0030.00252.00.136.10.280.480.761.653.175HCl5%+CuSO40.05%HCl5%+CuSO41%HCl5%+CuSO40.05%HCl5%+CuSO40.5%HCl10%+CuSO40.05%HCl10%+CuSO41%HCl10%+CuSO40.05%HCl10%+CuSO40.5%HCl5%+ CrO40.5%HCl5%+ CrO41%HCl10%+NaClO32.5%HCl10%+NaClO35%HCl10%+Ti4+1g/LHCl20%+Ti4+5.75g/LHCl5%+HNO31HCl5%+HNO35HCl8.5%+HNO33HC

21、l1%+HNO35HCl+HNO31（王水）1340954095沸騰沸騰6666沸騰沸騰95958080沸騰沸騰959580沸騰室溫800.040.090.030.090.060.080.030.0170.280.280.0250.0250.010.008000.090.0250.050.0800.86（續(xù)）介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）HCl（氯飽和）35101901901900.0250.02528.4HCl36%+Cl-200ppmH3PO4H3PO450%+Fe+30.05%H3PO450%+Cu2+0.0025%H3PO450%+Ag2+0.05%H3PO450%+Hg2

22、+0.10%H3PO481%+HNO33%H3BO3 H2CrO41235102030405060708085飽和101536.5505015室溫100沸騰100沸騰1003560100沸騰3560100356010035601003535353535356060606090室溫沸騰24902482820.430.0030.2500.860.990.00330.062.363.50.0050.095.000.0150.3317.40.0181.526.40.330.460.560.660.740.760.150.130.130.130.3300.00260.0050.0460.0130.025

23、0.015（續(xù)）介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）HBF4H2SiF4HBrHIH2SO4HNO3H2SO45%+HNO395%H2SO410%+HNO390%H2SO450%+HNO350%H2SO470%+HNO330%H2SO480%+HNO320%H2SO490%+HNO310%H2SO495%+HNO35%H2SO499%+HNO31%HCl5%+HNO31HCl5%+HNO35HCl5%+HNO35HCl5%+HNO310HCl5%+HNO310HCl8.5%+HNO33HCl1%+HNO35HCl+HNO3（王水）52010401057610013高溫室溫室溫沸騰室溫室溫

24、6060室溫60室溫60室溫60室溫6060404040954095 80沸騰室溫80迅速腐蝕47.5000.150.00050.0080.00500.0100.630.380.631.570.461.881.9000.020.020.0300.180.050.0800.86表4 工業(yè)純鈦在200自然通風(fēng)的氯化物溶液中的耐蝕穩(wěn)定性氯化物溶液使鈦保持腐蝕穩(wěn)定性所能加入的最高鹽酸量（）臨界PH值LiCl40%0.020.1CaCl240%0.040.7MgCl230%0.050.45BaCl230%0.200.6NH4Cl25%0.250.65CaCl250%0.250.3KCl25%0.300.

25、85ZnCl275%0.752H2O1.00.65表5 鈦在氯化物與鹵素中的腐蝕率介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）次氯酸鈣次氯酸鈣次氯酸氫氧化鈣含次氯酸鈣的大氣、氯氣和水氯氣（濕）氯氣（干）氯氣飽和水二氧化氯蒸氣5水、空氣二氧化氯15次氯酸氯水次氯酸17二氧化氯氯次氯酸鈉次氯酸鈉16氫氧化鈉次氯酸鈉1.54.0氯化鈉氫氧化鈉碳酸鈉氯化鋁氯化銨氯化鋇氯化鈣氯化銅氯化亞銅氯化鐵2618水0.7水0.95水1.5水0.005651010102525252540飽和20255556273120555013050100100室溫室溫82室溫140200室溫7597100824338室溫室溫70

26、9560100150室溫60100沸騰122100100沸騰100105155175100118901001100.00130.001300.00250不反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)燃燒0.00250.0690.0050.00250000.000250.0030.0030.0020.0330.0010.006.6501000000.00050.0005不穩(wěn)定0.760.0050.00130.00250.00250.0080.0040.018 （續(xù)）介質(zhì)濃度 （）溫度 （）腐蝕率（mm/a）氯化鋰氯化鎂氯化錳氯化汞氯化鎳氯化鉀氯化錫氯化鈉氯化鋅溴氣（干）溴氣（濕）液溴溴水甲醇中500ppm的溴碘氣（濕）碘氣

27、（干）碘蒸氣5052020520飽和5，2030飽和24飽和2025809015010010020010010010010011060沸騰沸騰104150173250室溫室溫室溫室溫60室溫室溫13000.00080.010.005000.0010.0040.01300.0460.001300.062.130溶解0.0025溶解0應(yīng)力腐蝕0.10.11700表6 Ti32Mo的腐蝕率介質(zhì)濃度（）腐蝕率（mm/a）室溫50759093硫酸鹽酸1020304050608090102036370.0090.0070.0010.0000.0000.0000.0000.0140.0090.0570.01

28、20.0020.0070.0030.0040.0060.0110.1150.0040.0040.0950.0620.0470.0130.0230.0170.0170.6600.0240.0240.1900.1060.0730.0380.0300.0440.0850.0350.096表7 Ti0.2Pd與鈦耐蝕性的比較介質(zhì)濃度（）溫度（）腐蝕率（mm/a）鈦Ti0.2Pd鹽酸硫酸磷酸三氯化鋁55101015205104052525沸25沸沸25252525沸沸0.08250.2025.025.00.750.130.231.85.325.00.010.180.010.50.750.130.010.

29、010.200.310.01表8 Ti0.3Mo0.8Ni、鈦鈀合金和工業(yè)純鈦在沸騰鹽溶液中抗縫隙腐蝕性能的比較（試驗(yàn)時(shí)間500h）介質(zhì)PH值縫隙腐蝕工業(yè)純鈦Ti0.3Mo0.8NiTiPd氯化鋅（飽和）氯化鋁10氯化鎂（飽和）氯化銨10氯化鈉（飽和）氯化鈉（飽和）氯氣硫酸鈉10氯化鐵103.04.24.11.01.01.00.6有有有有有有有有無無無無無無無有無無無無無無無無表9 Ti0.3Mo0.8Ni、鈦鈀合金和工業(yè)純鈦耐蝕性能比較介質(zhì)溫度（）腐蝕率（mm/a）工業(yè)純鈦Ti0.3Mo0.8NiTiPd濕氯氣氯化鈉2次氯酸鈉5氫氧化鈉4氯化鋅70王水硝酸蒸汽檸檬酸50氨基磺酸10甲酸45甲

30、酸8090甲酸90（鈦經(jīng)陽極化處理）草酸1088沸騰8892室溫沸騰沸騰沸騰沸騰沸騰沸騰0.00160.71131.11760.05080.355613.665210.99822.10823.65762.286094.9800.00090.06090.0050.00760.60960.02030.012711.5570000.55880.0559104.0400.06091.11760.00200.01520.3708000.0599032.258表10 Ti30Mo的腐蝕率介質(zhì)濃度（）溫度（）腐蝕率（mm/a）鹽酸硫酸磷酸硝酸草酸CuCl22H2O氯化鐵氯化鋁1020/p>

31、080濃50607080252510104030過飽和沸騰沸騰20沸騰沸騰沸騰100沸騰100沸騰沸騰沸騰沸騰沸騰沸騰沸騰20沸騰沸騰沸騰沸騰沸騰0.10.250.10.10.20.40.80.90.25200.23010000.10.150.150.8（點(diǎn)蝕）100.70.010.020.080.1第二章 鎳及鎳合金一、概 述 鎳的氧化還原電位值近似于氫，而且很容易極化，在腐蝕過程中不會(huì)析氫。在還原性酸系統(tǒng)中，鎳常常具有與鉑相等的開路電位。在介質(zhì)中含有某些氧化性離子時(shí)才會(huì)促使純鎳腐蝕。鎳在氧化性介質(zhì)中也能形成鈍化膜，因而對氧化性介質(zhì)具有良好的耐蝕性。 鎳對銅、鉻、鐵、鉬等金屬元素有較高的固溶

32、度，因而能夠組成成分范圍廣泛的合金。一般說來，鎳合金都是奧氏體型的，在時(shí)效時(shí)，鎳基合金容易析出金屬間化合物和碳化物。 鎳合金屬高性能耐蝕合金。在很多介質(zhì)中，甚至在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中往往具有很高的耐蝕性。鎳合金具有良好的力學(xué)性能和物理性能，但其價(jià)格比較昂貴，不便輕易使用。由于化工過程參數(shù)（溫度、壓力、介質(zhì)濃度）的強(qiáng)化，介質(zhì)腐蝕性很強(qiáng)的場合也越來越多；由于強(qiáng)調(diào)化工生產(chǎn)的環(huán)境凈化，水的循環(huán)利用，使得鹵素濃度提高，腐蝕條件變得更加苛刻。因此所用設(shè)備不但要求抗全面腐蝕，而且越來越多地要求抗點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕等腐蝕類型。在許多設(shè)備選材時(shí)，不僅要考慮一次性投資費(fèi)用，并且還要考慮維修、折舊、停工損失等費(fèi)用以

33、及安全性，因而更加強(qiáng)調(diào)設(shè)備長期使用的可靠性。這些因素都促使具有高度耐蝕性能的鎳合金越來越廣泛地得到應(yīng)用。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界鎳的貯藏量約為11100萬t。每年世界鎳礦砂的總產(chǎn)量按鎳含量計(jì)約為80-100萬t。鎳產(chǎn)量約60-90萬t，鎳的消耗量約為70-90萬t。鎳除了以純鎳和鎳合金的形式使用外，約有40%用于不銹鋼。我國的鎳產(chǎn)量約2-4萬噸，目前已不能滿足國內(nèi)需要。二、主要成分和使用特性目前主要的鎳和鎳合金如下:純鎳 哈氏合金B(yǎng)（Hastelloy B） 哈氏合金C（Hastelloy C）哈氏合金D（Hatelloy D）因科羅合金825（Incoloy 825）儀氏合金B(yǎng)（Illium B）蒙乃

34、爾合金（Monel cast）因科耐爾合金（Inconel allo主要鎳和鎳合金成分和使用特性如表11和表12。表11 鎳合金成分和使用特性材料名稱主要成分使用特性純鎳Ni99%以上純鎳耐荷性堿、高溫鹵素、鹵化氫等還原性介質(zhì)及還原性鹵化物鹽類腐蝕哈氏合金B(yǎng)系列62Ni28Mo5Fe耐常溫至沸點(diǎn)各種濃度鹽酸腐蝕、也適用非氧化性酸（磷酸，60%硫酸）及氯化亞銅及類似鹽不推薦應(yīng)用于強(qiáng)氧化性酸和鹽，該合金有良好的高溫性能哈氏合金C系列54Ni17Mo15Cr5Fe4W既耐氧化性介質(zhì)（濕氯、氯氣、次氯酸鹽，二氧化氯、氯化鐵、硝酸）腐蝕也耐中等溫度或氧化性條件下的硫酸、次氯酸、鹽酸腐蝕，對醋酸、海水，腐

35、蝕性有機(jī)酸有性良耐腐蝕性，該合金高溫性能好哈氏合金D系列 85Ni10Si3Cu耐稀鹽酸及其它非氧化性酸和鹽類的腐蝕。耐熱濃硫酸腐蝕。不推薦使用于高溫氧化條件下。Incoloy82542Ni30Fe22Cr3Mo2Cu1Ti比普通含鉬不銹鋼耐硫酸、磷酸腐蝕，也耐氧化性介質(zhì)（硝酸、硝酸鹽、鐵鹽、銅鹽、汞鹽、除氯化物外）腐蝕，突出的優(yōu)點(diǎn)是對混酸和氧化劑還原劑混合介質(zhì)耐蝕。IlliumB55Ni28Cr8.5Mo5.5Cu對各種濃度硫酸耐蝕，在高溫濃硫酸中有優(yōu)異耐蝕性，強(qiáng)度高、耐蝕性好，但不推薦在鹵素氣體、酸、鹽中使用Monel系列67Ni30Cu1.4Fe1Mo耐海水、強(qiáng)堿、稀硫酸腐蝕，具有高強(qiáng)度

36、，耐腐蝕特性。因科耐爾合金（Inconel alloy）76Ni16Cr8Fe室溫下耐所有濃度的磷酸腐蝕、耐稀鹽酸、酸性鹽、堿性鹽、各種堿的腐蝕。不耐硝酸、高濃度鹽酸或熱鹽酸的腐蝕。表12 鎳基耐蝕合金的性能代 號合 金 牌 號主 要 性 能用 途 舉 例NS110Cr30Ni70在氟化物氣體和氧化性介質(zhì)（高溫硝酸）中耐蝕性良好，有較好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，無磁性原子能設(shè)備，化工設(shè)備，電熱元件NS210Ni65No28Fe5V相當(dāng)于Hastelloy B，對沸騰鹽酸，硫酸，磷酸有很好的耐蝕性，具有較高的高溫強(qiáng)度，尺寸穩(wěn)定，比電阻高化工、石油工業(yè)設(shè)備，電子元件材料NS3100Cr16Ni75Mo2

37、Ti在低于650的氟化氫氣體和含少量氟離子，氯離子的溶液中有良好的耐蝕性，在400以下的氟氣和45以下的氯化氫氣體中耐蝕在原子能、化工等方面用作耐氟化氫氣體或含氟氯離子的溶液及某些氧化還原混合酸溶液腐蝕的設(shè)備、部件NS3200Cr18Ni60Mo17在腐蝕性較強(qiáng)的氧化還原混合介質(zhì)中有良好耐蝕性，抗點(diǎn)蝕性能好用于稀有金屬提煉設(shè)備等NS3300Cr16Ni60Mo17W4相當(dāng)于Hastelloy C，主要性能與NS32同，具有更高的高溫強(qiáng)度，可以耐650以上氟化氫氣體的腐蝕，比電阻高原子能工業(yè)、動(dòng)力工業(yè)，化工與石油工業(yè)等要求耐強(qiáng)腐蝕以及高電阻的設(shè)備與部件NS7100Cr26Ni35Mo3Cu4Ti

38、在硝酸等氧化性介質(zhì)，某些還原性介質(zhì)，硫酸或某些混酸中耐蝕性能超過不銹鋼，抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕性能好在化工、石油、原子能等工業(yè)中可用于耐硫酸、硝酸、磷酸及其混酸、以及要求耐含氟、氯離子的酸性介質(zhì)腐蝕的設(shè)備與部件NS810Cr20Ni65Ti2A1Nb時(shí)效硬化合金，在硝酸等氧化性介質(zhì)中有很好的耐腐蝕性能，高溫強(qiáng)度高，耐磨性很好三、耐蝕性能1、純鎳 純鎳在熱堿中耐腐蝕性能極好,在中性和微酸性溶液(包括一些稀的非氧化酸、有機(jī)酸)及有機(jī)溶劑等介質(zhì)中也有教好的耐蝕性。但是不耐氧化性酸和含有氧化劑的溶液以及多數(shù)熔融金屬的腐蝕。對水、海水、高溫干氟和各類食品耐蝕性良好。在高溫含硫氣體中能腐蝕變脆。2、鎳鉻合金

39、鎳鉻合金中常含有一些鐵，含鐵量較低的有Inconel合金，含鐵量較高的有Incoloy合金。由于其含鉻量與不銹鋼的含鉻量類似，因而在一般腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性能也和不銹鋼類似。由于其含鎳量比不銹鋼的含鎳量高，因而對熱堿液的耐蝕性和對堿性硫化物的耐蝕性比不銹鋼好，抗高溫腐蝕性能也更好。Inconel 600可用于氧化與氮化熱處理爐的爐件，但在高溫并存在硫的情況下會(huì)受到硫化。Cr20Ni80在熔融鹽和硅酸鹽中有較好的穩(wěn)定性，但由于含鎳量高，對硫化物的耐蝕性較差。Inconel 600可用于常溫硫酸，在沸騰硫酸中只有低濃度硫酸耐蝕；在低濃度鹽酸中腐蝕輕微，不能用于高溫、高濃度鹽酸；在氫氟酸中也只能用于低

40、溫、低濃度的場合，不能用于高溫氫氟酸；可用于常溫各種濃度的磷酸；在食品工業(yè)中對醋酸、脂肪酸等有機(jī)酸有很好的耐蝕性。耐干燥氯氣和氯化氫的腐蝕。Inconel 600對由氯離子引起的應(yīng)力腐蝕不敏感，但在高溫高壓水中，當(dāng)氧的濃度高以及金屬中含有鉛化物等低融點(diǎn)物質(zhì)時(shí)，也可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。在堿中有較好的耐全面腐蝕性能，但在高溫強(qiáng)堿溶液中有時(shí)可以產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，因此，工件應(yīng)盡量消除應(yīng)力?？傊訧nconel 600為代表的鎳鉻合金，由于含有鉻，因而在氧化性環(huán)境中耐蝕性比鎳好；由于鎳含量高，在還原性環(huán)境中具有良好的耐蝕性。Inconel 600在硫酸中的等腐蝕曲線列于圖4-2-34。Corronel 230

41、有較高的鉻含量，在硝酸中有很高的耐蝕性。3、鎳鉬合金 在鎳鉬合金中加入的鉬含量超過16%后，在鹽酸中的耐腐蝕性能顯著提高。圖2-3-9為鎳鉬合金中的鉬含量對在鹽酸中耐蝕性能的影響。Hastelloy A、Hastelloy B以及它們的改型合金中鉬含量均很高，在鹽酸中都具有很好的耐蝕性。尤其是Hastelloy B，對所有濃度的沸騰鹽酸都具有良好的耐蝕性。圖2-3-10為幾種Hastelloy 合金在鹽酸中的腐蝕率。由于不銹鋼和大部分其它金屬和合金在鹽酸中的耐蝕性都很差，因此鎳鉬合金耐鹽酸腐蝕的性能是很可貴的。除鹽酸外，鎳鉬合金還能耐硫酸、磷酸、氫氟酸、溴酸、甲酸、醋酸和其它有機(jī)酸等非氧化性酸

42、的腐蝕。在氯化鋁、氯化鎂、氯化銅、氯化銻等非氧化性鹽酸溶液以及濕氯化氫等多種氣體中也有很好的耐蝕性。但鎳鉬合金在含氧化性離子的溶液和硝酸等氧化性酸中耐蝕性不好。在鹽酸和硫酸中含有氧化性鹽（包括氯化鐵、硫酸鐵、氯化銅等）時(shí)，甚至只有ppm量級的濃度，也能顯著增加鎳鉬合金的腐蝕率。鹽酸中混入微量硝酸即會(huì)加劇鎳鉬合金的腐蝕。鹽酸中的溶解氧也會(huì)增加鎳鉬合金的腐蝕。如用鎳鉬合金制成的鹽酸泵，由于泵的入口處與空氣接觸，會(huì)加劇入口處的腐蝕。鎳鉬合金中加入鐵可以改善加工性能。但在含鐵量10%時(shí)，鎳鉬合金在鹽酸中的腐蝕率達(dá)到最高。在含鐵量超過30%時(shí)鎳鉬合金在硫酸中的腐蝕率漸漸增加。在鎳鉬合金中加入4%6%的鐵

43、，既可改善加工性能，又能避免耐蝕性能下降。Hastelloy B中的鐵含量即按這種原則確定的。鎳鉬合金中的鎳含量高，因而具有良好的抗氧化物應(yīng)力腐蝕能力。又由于鉬含量高，對大多數(shù)鹵素介質(zhì)具有較好的耐蝕性。 常用于含有還原性酸（硫酸、鹽酸、氫氟酸、溴酸等）的鹵素介質(zhì)。對制造乙苯過程中使用的氯化鋁催化劑有極好的耐蝕性。在制造醋酸和乙二醇的鹵化物催化劑系統(tǒng)中也有很好的耐蝕性。醋酸合成反應(yīng)器中除醋酸外還有醋酸鈷和碘化鉀，操作溫度達(dá)200300、壓力40MPa，采用Hastelloy B或Hastelloy B-2可以得到很好的效果7。鎳基合金中加入鉬不能改善在堿液中的抗應(yīng)力腐蝕性能。4、鎳鉻鉬合金 鎳鉬

44、合金中加入鉻，其加入量和耐酸鋼類似，即成為鎳鉻鉬合金。Hastelloy C、Hastelloy C-4、Hastelloy C-276等均屬此類。由于它們含有鉻，因次能耐氧化性酸如硝酸、硝酸和硫酸的混酸、鉻酸和硫酸的混酸等的腐蝕。也可耐氧化性鹽如三價(jià)鐵鹽、二價(jià)銅鹽或含其它氧化劑的介質(zhì)腐蝕，如溫度高于常溫的次氯酸鹽溶液等。在海水、蟻酸、醋酸、溫氯中耐蝕性很好，也可用于含氯和氯化物的介質(zhì)。但在鹽酸中的耐蝕性不如鎳鉬合金。5、鎳銅合金 鎳70%銅30%的合金稱為Monel合金，是應(yīng)用最早、最廣泛的鎳合金。其耐蝕性與鎳和銅相似，在一般情況下更具有優(yōu)越性。對非氧化性酸，特別對氫氟酸的耐蝕性非常好。常溫

45、下各種濃度的氫氟酸均可使用，在10%的氫氟酸中可用到沸點(diǎn)。對熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性，但不及純鎳的耐蝕性好?？赡椭行匀芤?、高溫鹵素、低濃度鹽酸、各類食品、水、海水、大氣、多種有機(jī)化合物等的腐蝕。不耐氧化性酸和其它強(qiáng)氧化性溶液、熔鹽、熔融金屬、熔硫和高溫含硫氣體的腐蝕6。 鎳銅合金的機(jī)械性能、加工性能和高溫性能均很好。加入鋁3%的鎳銅合金為K-Monel，具有高的抗拉強(qiáng)度。含硅4%的鎳銅合金宜作鑄件，具有較好的耐磨性。 Monel合金易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)在530650保溫1h的退火處理后使用。6、其他 Hastelloy D是含硅和銅的鎳合金，只能生產(chǎn)鑄件。耐蝕性和高硅鑄鐵相似。對沸點(diǎn)時(shí)各種濃度的硫酸、磷酸、鹽酸、有機(jī)酸等都有良好的耐蝕性。常用作硫酸蒸發(fā)系統(tǒng)的泵葉輪、閥門、鑄造管件等。 Hastelloy G是在鎳鉻鐵鉬合金中加入少量銅、鎢、鈮的合金。它在磷