常用几种特种金属材料的耐腐蚀特点及应用

常用几种特种金属材料的耐腐蚀特点及应用

前言

随着国内经济的快速发展尤其是化工行业的技术改造升级的加快，特种金属材料在国内的应用越来越广泛，南京宝色钛业有限公司通过近几年的研究及开发已成为国内最大的特种金属材料设备制造加工企业之一，结合国内近几年特种金属材料的应用发展状况，对国内近几年及正在逐步推广应用的几种特种金属材料进行了分析整理，并对这几种特种金属材料的推广使用提出了一些建议,希望能够引起国内相关主管部门及设备生产厂家的重视。

上世纪90年代前，由于国内石化、化工等行业发展缓慢及与国外的同行接触较少，因此特种金属材料在石化、化工等相关行业的推广应用也相对滞后，设备用材主要还是集中在碳钢、不锈钢，以及应用一些廉价的防腐方式（采用搪瓷，橡胶衬里、或耐蚀涂料等）

近些年来,国内经济的快速发展，尤其是石油、化工等相关行业的大力发展，对生产设备的材料也提出了越来越高的防腐要求，从而也带动了国内相关研究院所加工企业（如合肥通用所、宝鸡有色金属加工厂等）对此的开发研究，以及相关设备制造厂家特种金属材料设备制造技术装备能力的提高（如爆炸复合技术的应用），这期间也离不开国家政府的推动（国家钛办、中石化国产化办公室），尤其是国产化进程的加快。同时一些国际特种材料供应商（德国克虏勃、美国冶联公司等）的大力宣传也推动了特材应用步伐，这些因素都在不同程度上推动了国内特种金属材料的开发应用。

以下整理分析了几种特种金属材料的特点及应用。

一.钛及钛合金

中国钛合金的生产与国外基本同步，但其推广应用要落后一些，尤其是民用。同时由于近几年来国外走私钛材及一些设备加工企业的无序竞争，一些不具备生产能力的企业以及一些中小乡镇企业采用劣质材料或以次充好也在一定程度上扰乱了钛设备市场，使设备使用厂家谈‘钛’色变，因此这种状况也对中国的钛设备行业的发展起到一定阻碍作用，须引起相关管理部门的注意，并且也应成为正在发展的其他特材的前车之鉴，

常用钛材牌号（有国家材料标准）

TA1(Grade2)工业纯钛

TA2(Grade3)工业纯钛

TA9(Grade11)Ti-0.2Pd

TA10(Grade12)Ti-0.3Mo-0.8Ni

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

1.钛材的耐腐蚀特点

钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因膜遭破坏，也能迅速自动恢复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。

由于钛的巨大钝化性能，在许多情况下与异种金属接触时，并不加快腐蚀，而可能加快异种金属的腐蚀。如在低浓度非氧化性的酸中，若将Pb、Sn、Cu或蒙乃尔合金与钛接触形成电偶时，这些材料腐蚀加快，而钛不受影响。而在盐酸中，钛与低碳钢接触时，由于钛表面产生新生氢，破坏了钛的氧化膜，不仅引起钛的氢脆，而且加快钛的腐蚀，这可能是由于钛对氢有高度的活性所致。

钛中的含铁量对某些介质中的耐腐蚀性能有影响，铁增多的原因除原材料的原因外，常常是焊接时沾污的铁渗入焊道，使焊道中局部含铁量增高，这时腐蚀具有不均匀的性质。使用铁件支撑钛设备时，铁钛接触面上的铁沾污几乎是不可避免的在铁沾污区腐蚀加速，特别是在有氢存在的情况下。当沾污表面的钛氧化膜发生机械损坏时，氢就渗入金属，根据温度、压力等条件，氢发生相应的扩散，这使钛产生不同程度的氢脆。因此钛在中等温度和中等压力和含氢系统中使用要避免表面铁污染。

在一般情况下，钛不会发生孔蚀。

钛还具有抗腐蚀疲劳稳定性。

钛耐缝隙腐蚀性能较好，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合金广泛用于容器设备的密封面材料，以解决设备密封面缝隙腐蚀问题。

2.钛材的应用

由于钛材的优良耐腐蚀性能,钛材广泛应用于石油、化工、制盐、;制药、冶金、电子、航空、航天、海洋等相关领域。

钛对大多数盐溶液来说具有良优异的耐蚀性，如钛在氯化物溶液中比高铬镍钢耐蚀，并无孔蚀现象。但在三氯化铝中腐蚀率较高，这与三氯化铝水解后产生浓盐酸有关。钛对热的亚氯酸钠和各种浓度的次氯酸盐也有良好的稳定性。因此钛材广泛用于真空制盐和漂粉精行业。

钛对大多数的碱溶液具有良好的耐蚀性。钛在浓度小于50％的氢氧化钠和氢氧化钾溶液中较为稳定。如果碱溶液中含有氯离子或氯化物，则其耐蚀性甚至超过镍和锆。但在温度和浓度增大的情况下，腐蚀会增大。现在氯碱行业是国内民用钛材应用的最大领域。

钛在干燥的氯气中不耐蚀，同时有着火的危险，但在潮湿的氯气中具有很高的稳定性，超过锆、哈氏合金C及蒙乃尔合金，甚至在饱和氯气的硫酸、盐酸和氯化物等介质中也稳定，所以钛材是硫酸法钛白粉生产关键设备的首选材料。

由于钛材在碳氢化合物中的耐蚀性很好，甚至在含有酸及氯化物类杂质时也很好。因此钛材在有机化工中也广泛应用，如PTA（精对苯二甲酸），PVA（维尼纶）等。

钛材在海水中具有优异的耐腐蚀性能，因此钛材也广泛应用于海洋石油钻井平台，海水淡化等海洋领域。

3.国内推广应用状况

国内尚无钛制焊接压力容器国家标准，但在容规的相关章节中有部分说明，新的《钛制焊接压力容器》（JB4750－2000）正在审定过程中。

南京宝色钛业有限公司通过自身的努力并在社会各界的支持下,近几年发展很快,尤其是在一些重大钛设备的国产化研制成功,引起了国内外的广泛重视。

现在国内钛设备用钛材主要由宝鸡有色金属加工厂生产，同时上海宝钢集团也在积极发展钛合金产业，并且发展速度较快。现在国内钛材基本可以实现自给，并有部分出口。

二.镍及镍基合金

镍及镍基合金的国内生产状况

国内工业用纯镍完全可以自行生产，但一些镍基合金则主要依赖进口。

镍及镍基合金种类(部分有国家材料标准):

NiNickel200Permanickel300

Nickel201Darmanickel301

Ni-CuMonel400MonelK-500Monel401

Monel502Monel404MonelR405

Ni-Cr0Cr30Ni70Corronel230(Cr35Ni65)

Inconel671(Cr50Ni50)子点蚀能力，镍进一步增强抗点蚀能力，而且能提供比300奥氏体不锈钢更高的强度，因此经常应用于设备中较薄的部分。在AL—6XN中，较高含量的铬、钼、和镍也提供了不锈钢的成形和焊接时的抗腐蚀性能力。

AL-6XN高铬、钼、镍和氮使AL-6XN具有较好的抗氯离子点蚀能力、缝隙腐蚀，这就使AL-6XN应用于很多环境如：食品、海水或其它化工环境

今年该不锈钢首次在国内使用，是国内某大型化工厂进口的原材料（AL-6XN板材、管材及焊丝），由南京宝色钛业有限公司承担全套设备制造（共11台），并由合肥通用所承担监制，现该批设备已基本完工。

七.复合材料

尽管特种金属材料具有各自的较好的耐腐蚀性能，但同时也相对价格较高，这也是其中一些不能大面积推广的原因之一，但金属复合技术又从另一方面促进了这些特种金属材料的应用。

金属复合材料是由a、b、c等若干金属或合金组元，经不同的加工工艺复合而成的新金属材料，各界面形成金属键集结合，具有原单体金属材料同等或更佳的性能。它既不是a也不是b（或c）。它综合了构成组元的优点，而使单组组元的性能不足得到克服，它即优化了材料设计，又体现了合理使用材料的原则，是当前材料科学与工程的发展方向之一。

复合方式：爆炸复合、爆炸－轧制复合、轧制复合，现国内大多采用爆炸复合方式。

复合材料品种：复合板（两层、三层）、复合棒、复合管

优点：复层材料与基层材料性能的合理组合和配比；

根据需要确定两种材料的厚度比；

节约贵重希缺金属，降低设备造价；

减少结构设计厚度或提高结构的使用应力；

应用到冶金、石油、化工、制盐、制碱、电力等工业生产中，收到极好的经济效益。

目前国家已有复合材料的相关国家标准，如GB8547-87《钛－钢复合板》、GB8546-87《钛－不锈钢复合板》、JB4733-94《压力容器用爆炸不锈钢复合钢板》等。

综上所述,由于特种金属