耐蝕金屬材料

耐蝕金屬材料2023/4/16第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金一、合金元素對鐵碳合金耐蝕性能的影響鐵碳合金的基本組成相與耐蝕性的關系可用表2-1來說明。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金一、合金元素對鐵碳合金耐蝕性能的影響鐵碳合金的成分除了鐵和碳外，還有錳、硅、硫、磷等元素。合金元素對鐵碳合金的耐蝕性能的影響如下。（1）碳第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金一、合金元素對鐵碳合金耐蝕性能的影響鐵碳合金的成分除了鐵和碳外，還有錳、硅、硫、磷等元素。合金元素對鐵碳合金的耐蝕性能的影響如下。（2）錳（3）硅（4）硫（5）磷第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能1.在中性或堿性溶液中的耐蝕性能①在中性溶液中，鐵碳合金腐蝕主要為氧去極化腐蝕，碳鋼和鑄鐵的腐蝕行為相似。②在堿性溶液中，常溫下濃度小于30%的稀堿水溶液可以使鐵碳合金表面生成不溶且致密的鈍化膜，因而稀堿溶液具有緩蝕作用。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能2.在酸中的耐蝕性能下面列舉幾種酸說明鐵碳合金的腐蝕規(guī)律。（1）鹽酸（2）硫酸第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能2.在酸中的耐蝕性能下面列舉幾種酸說明鐵碳合金的腐蝕規(guī)律。（3）硝酸第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能2.在酸中的耐蝕性能下面列舉幾種酸說明鐵碳合金的腐蝕規(guī)律。（4）氫氟酸（5）有機酸第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能3.在鹽溶液中的耐蝕性能鐵碳合金在鹽類溶液中的腐蝕與這種鹽水解后的性質(zhì)有密切關系，根據(jù)鹽水解后的酸堿性有以下三種情況。（1）中性鹽溶液第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能3.在鹽溶液中的耐蝕性能鐵碳合金在鹽類溶液中的腐蝕與這種鹽水解后的性質(zhì)有密切關系，根據(jù)鹽水解后的酸堿性有以下三種情況。（2）酸性鹽溶液（3）堿性鹽溶液（4）氧化性鹽溶液第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能4.在氣體介質(zhì)中的耐蝕性能化工過程中的設備、管道常受氣體介質(zhì)的腐蝕，大致有高溫氣體腐蝕、常溫干燥氣體腐蝕、濕氣體的腐蝕等。常溫干燥條件下的氣體如氯堿廠的氯氣，硫酸廠的SO2及SO3等對鐵碳合金的腐蝕均不強烈，一般均可采用普通鋼鐵處理；而濕的Cl2、SO2、SO3氣體則腐蝕強烈，其腐蝕特性與酸相似。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第一節(jié)鐵碳合金二、鐵碳合金的耐蝕性能5.在有機溶劑中的耐蝕性能在無水的甲醇、乙醇、苯、二氯乙烷、丙酮、苯胺等介質(zhì)中，碳鋼是耐蝕的；在純的石油烴類中，碳鋼實際上也耐蝕，但當水存在時就會遭受腐蝕。第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第二節(jié)高硅鑄鐵及低合金鋼一、高硅鑄鐵1.耐蝕性能含硅量達14%以上的高硅鑄鐵之所以具有良好的耐蝕性，是由于硅在鑄鐵表面形成一層由SiO2組成的保護膜，如果介質(zhì)能破壞SiO2膜，則高硅鑄鐵在這種介質(zhì)中就不耐蝕。一般來說，高硅鑄鐵在氧化性介質(zhì)及某些還原性酸中具有優(yōu)良的耐蝕性，它能耐各種溫度和濃度的硝酸、硫酸、醋酸、常溫下的鹽酸、脂肪酸及其他許多介質(zhì)的腐蝕。它不耐高溫鹽酸、亞硫酸、氫氟酸、鹵素、苛性堿溶液和熔融堿等介質(zhì)的腐蝕。不耐蝕的原因是由于表面的SiO2保護膜在氫氟酸作用下形成了氣態(tài)SiF4等而使保護膜破壞，在苛性堿作用下，形成了可溶性的Na2SiO3等。第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第二節(jié)高硅鑄鐵及低合金鋼一、高硅鑄鐵2.機械加工性能高硅鑄鐵性質(zhì)為硬而脆，機械性能差，應避免承受沖擊力，不能用于制造壓力容器。鑄件一般不能采用除磨削以外的機械加工方式。在高硅鑄鐵中加入一些合金元素，可以改善它的機械加工性能。第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第二節(jié)高硅鑄鐵及低合金鋼一、高硅鑄鐵3.應用由于高硅鑄鐵耐酸的腐蝕性能優(yōu)越，已廣泛用于化工防腐蝕，最典型的牌號是STSi15，主要用于制造耐酸離心泵、管道、塔器、熱交換器、容器、閥件和旋塞等。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第二節(jié)高硅鑄鐵及低合金鋼二、低合金鋼1.在自然條件下的耐蝕性很多低合金鋼較碳鋼有優(yōu)越得多的耐大氣腐蝕性能，主要起作用的合金元素是銅、磷、鉻、鎳等。對于耐大氣腐蝕性能，銅是很有用的合金元素。在低合金鋼中，由于銅與鉻的同時加入而顯著地改善了鋼的鈍化能力；鎳的加入則可提高鋼的耐酸、耐堿性，還能提高耐腐蝕疲勞及耐海水腐蝕的能力。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第二節(jié)高硅鑄鐵及低合金鋼二、低合金鋼2.在高溫氫氣氛中的耐蝕性在化學工業(yè)中的高溫氫侵蝕主要發(fā)生在合成氨工業(yè)中的氨合成塔。氫侵蝕作用主要是脫碳生成CH4，因而提高鋼材抗氫侵蝕的途徑之一就是鋼中加入能形成穩(wěn)定碳化物的合金元素，以防止氫與鋼中的碳起作用而發(fā)生脫碳，這類合金元素有鉻、鉬、釩、鎢、鈦等。第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼一、不銹鋼的類型不銹鋼按其化學成分可分為一鉻不銹鋼二鉻鎳不銹鋼第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼一、不銹鋼的類型不銹鋼按其金相組織分類有馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、奧氏體鐵素體型及沉淀硬化型五類，具體分類情況見表2-2。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼二、主要合金元素對不銹鋼耐蝕性的影響1.鉻鉻元素的電極電位雖然比鐵低，但由于它極易鈍化，因而成為不銹鋼中耐蝕最主要的合金元素。不銹鋼中一般含鉻量≥13%，鉻含量愈高，耐蝕性愈好，但不能超過30%，否則會降低鋼的韌性。2.鎳鎳是擴大奧氏體相區(qū)的元素，鎳加入到一定的量后能使不銹鋼呈單相奧氏體組織，可改善鋼的塑性及加工、焊接等性能。鎳能提高鋼的耐熱性。同時，鎳也可以提高不銹鋼的耐堿腐蝕性能。第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼二、主要合金元素對不銹鋼耐蝕性的影響3.鉬由于鉬在Cl-中鈍化，可提高不銹鋼抗海水的能力，同時不銹鋼中加鉬還能顯著地提高不銹鋼耐全面腐蝕及局部腐蝕的能力。4.碳碳在不銹鋼中具有兩重性，一方面因為碳的存在能顯著擴大奧氏體組織并提高鋼的強度；而另一方面鋼中碳含量增多會與鉻形成碳化物，即碳化鉻，使固溶體中含鉻量相對減少，大量微電池的存在會降低鋼的耐蝕性。5.錳和氮錳和氮是有效地擴大奧氏體相區(qū)的元素，可以用來代替鎳獲得奧氏體組織。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼二、主要合金元素對不銹鋼耐蝕性的影響6.硅硅在鋼中可以形成一層富硅的表面層，能提高鋼耐濃硝酸和發(fā)煙硝酸的能力，改善鋼液流動性，從而獲得高質(zhì)量耐酸不銹鋼鑄件；硅又能提高抗點蝕的能力，尤其與鉬共存時可大大提高耐蝕性和抗氧化性，可抑制在含Cl-介質(zhì)中的腐蝕。7.銅在不銹鋼中加入銅，可提高抗海水Cl-侵蝕及抗鹽酸的能力。8.鈦和鈮鈦和鈮都是強碳化物形成元素。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼三、不銹鋼的耐蝕性1.鉻不銹鋼鉻不銹鋼包括兩大基本類型。一Cr13二Cr17第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼三、不銹鋼的耐蝕性2.鉻鎳奧氏體不銹鋼鉻鎳奧氏體不銹鋼是目前使用最廣泛的一類不銹鋼，其中最常見的就是18-8型不銹鋼。18-8型不銹鋼又包括加鈦或鈮的穩(wěn)定型鋼種，加鉬的鋼種及其他鉻鎳奧氏體不銹鋼。3.奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼指的是鋼的組織中既有奧氏體又有鐵素體，因而性能兼有兩者的特征。由于奧氏體的存在，降低了高鉻鐵素體鋼的脆性，改善了晶體長大傾向，提高了鋼的韌性和可焊性；而鐵素體的存在，顯著改善了鋼的抗應力腐蝕破裂性能和耐晶間腐蝕性能，并提高了鉻鎳奧氏體的強度。第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第三節(jié)不銹鋼四、不銹鋼的發(fā)展方向（1）（2）節(jié)省資源盡量低的含碳量（3）（4）不銹鋼的民用化開發(fā)可在惡劣環(huán)境中使用的不銹鋼第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第四節(jié)有色金屬及其合金一、鋅、鋁及鋅鋁合金1.鋅第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第四節(jié)有色金屬及其合金一、鋅、鋁及鋅鋁合金2.鋁第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第四節(jié)有色金屬及其合金一、鋅、鋁及鋅鋁合金3.鋅鋁合金鋅鋁合金在化工防腐中一般多用于制備鋼鐵的涂層，鋅具有優(yōu)良的耐中性介質(zhì)的腐蝕，同時具有良好的犧牲陽極作用，但鋅本身的鈍化性能不如鋁。經(jīng)研究表明，在鋅中加入一定量的鋁制得的鋅鋁合金，既可以充分發(fā)揮鋅的耐腐蝕性和電化學保護性能，又可以發(fā)揮鋁優(yōu)良的鈍化性能，使其在中性介質(zhì)中的耐腐蝕性優(yōu)于鋅和鋁，尤其是在海洋性環(huán)境中，鋅鋁合金的耐腐蝕性遠好于單純的鋅或鋁。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第四節(jié)有色金屬及其合金二、銅及銅合金1.銅銅的密度為8.93g/cm3，熔點為1283℃，銅的強度較高，塑性、導電性、導熱性很好。在低溫下，銅的塑性和抗沖擊韌性良好，因此銅可以制造深冷設備。銅的電極電位較高，化學穩(wěn)定性也較好。銅在大氣中是穩(wěn)定的，這是由于腐蝕產(chǎn)物成了保護層的緣故。潮濕的含SO2等腐蝕性氣體的大氣會加速銅的腐蝕。第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第四節(jié)有色金屬及其合金二、銅及銅合金2.銅合金（1）黃銅

黃銅是一系列的銅鋅合金。黃銅的機械性能和壓力加工性能較好。一般情況下耐蝕性與銅接近，但在大氣中耐蝕性比銅好。為了改善黃銅的性能，有些黃銅除鋅以外還加入錫、鋁、鎳、錳等合金元素成為特種黃銅。（2）青銅

青銅是銅與錫、鋁、硅、錳及其他元素所形成的一系列合金，用得最廣泛的是錫青銅，通常所說的青銅就是指的錫青銅。錫青銅的機械性能、耐磨性、鑄造性及耐蝕性良好，是我國歷史上最早使用的金屬材料之一。第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二第二章耐蝕金屬材料第四節(jié)有色金屬及其合金三、鎳及鎳合金1.鎳鎳的密度為8.907g/cm3，熔點1450℃，鎳的強度高，塑性、延展性好，可鍛性強，易于加工。鎳的電極電位概括地說，鎳的耐蝕性在還原性介質(zhì)中較好，在氧化性介質(zhì)中較差。鎳的突出的耐蝕性是耐堿，它在各