金屬材料在通用機械常見腐蝕介質中的選材研究

嚴則文

（青海鹽湖海納化工有限公司，青海西寧 810000）

金屬材料在工業發展中發揮至關重要的作用，呈現出高達90%的應用率，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，需要人們科學合理的選材和應用，綜合考慮金屬腐蝕現象，有效延長機械設備使用壽命，提升勞動生產率。

1.通用機械腐蝕闡述

1.1 常見腐蝕現象

（1）通用機械和多種較強腐蝕性介質進行直接接觸，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備金屬材料受到快速腐蝕損壞。金屬材料受到相關介質的影響，產生損壞的現象稱為金屬腐蝕[1]。金屬銹蝕是人們常見的腐蝕形態，受到腐蝕的情況下，大大降低了金屬材料的強度、韌性和塑性等相關力學性能，進而減少了機械設備的實際應用壽命，同時對人們的生命財產安全產生較大威脅，引發一系列火災安全事故。

（2）通用機械均勻腐蝕是基本腐蝕形態，是機械選擇耐腐蝕材料的重要參考給予。設計人員可以結合均勻腐蝕速度和實際使用壽命要求，選擇相應的腐蝕裕度。通常情況下通用機械允許的最高均勻腐蝕速度沒有相應具體的規定，需要結合機械設備安全性和材料、生產經驗等多個方面的相關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。但是，相關研究人員對于不銹鋼晶間腐蝕的具體產生原因、影響因素、預防對策和檢驗措施等相關方面進行大量研究和分析，逐漸積累了一定的實踐經驗。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，隨著機械設備使用應力水平不斷提升，增強用材強度和介質污染程度，逐漸突出了化工中應力腐蝕開裂的嚴重性，在通用機械腐蝕損壞事故中占據40%～60%的比例，成為通用機械腐蝕中的主要損壞形式。應力腐蝕開裂不易被發現，突然引發一系列嚴重安全事故[2]。

（5）我們根據相關統計，通用機械腐蝕事故中腐蝕疲勞占據一定比例。往復壓縮機和泵的缸體、離心機、高速離心泵的旋轉軸、彈簧等經常受到腐蝕介質、交變荷載的聯合作用，同時化工壓力容器在實際操作中出現低頻疲勞，通常容易出現腐蝕疲勞開裂。

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

1.2 危害

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

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、工業最終產品中包含的雜質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。相關人員在磷酸介質中選材，需要結合不同磷酸濃度和溫度合理選擇金屬材料。

（3）現階段，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生一定轉變。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系。碳鋼在35%濃度硝酸附件，腐蝕速度能夠實現最高值，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。另外，304、304L、347等的相關類型的不銹鋼，在硝酸中發生一定的變化，具有優良的耐腐蝕性。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濃度大約5%條件下適用；304不銹鋼在沸騰甲酸介質濃度大約在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中呈現出優良耐腐蝕性的材料。

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，同時當介質中包含Cu2+或Cl-雜質的情況下，腐蝕現象會出現相應的轉變，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中具有優良耐腐蝕性的材料。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，但是介質中存在Cl-雜質的情況下，就會出現點蝕現象。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，已經被大規模的應用。

2.3 堿選材

一般情況下，堿包含分蒸發燒堿、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，同時不能出現應力腐蝕開裂。碳鋼主要在87℃之下的溫度和50%濃度之下的燒堿介質中使用，同時需要關注介質對鐵離子污染程度的實際要求。現階段，我國相關工業中大規模采用灰鑄鐵。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堿脆現象，鈦材在純堿工業中獲得更加廣泛的應用，取得良好應用效果。

3.結語

有機酸介質條件下，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中適用性較高。乙酸介質選材過程中，需要對Cu2+或Cl-雜質進行綜合考慮，會加劇腐蝕，產生點蝕現象；介質為無機酸的情況下，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生應力腐蝕開裂。