Caratteristiche di resistenza alla corrosione e applicazioni dei materiali metallici speciali di uso comune
1. Titanio e leghe di titanio
La produzione di leghe di titanio in Cina è sostanzialmente in sincronia con quella estera, ma la sua promozione e applicazione è indietro, soprattutto per uso civile. Allo stesso tempo, a causa della concorrenza disordinata tra materiali di titanio di contrabbando straniero e alcune aziende di lavorazione di attrezzature negli ultimi anni, alcune aziende senza capacità produttiva e alcune piccole e medie imprese distrettuali hanno utilizzato materiali di qualità inferiore o beni scadenti, il che ha anche sconvolto il mercato delle attrezzature per il titanio in una certa misura. Ciò fa sì che i produttori di apparecchiature parlino di scolorimento del "titanio". Pertanto, questa situazione gioca anche un certo ruolo nell'ostacolare lo sviluppo dell'industria cinese delle attrezzature per il titanio. Deve attirare l'attenzione dei dipartimenti gestionali competenti e dovrebbe anche servire da avvertimento per altri materiali speciali in fase di sviluppo. .
Gradi di titanio comunemente utilizzati (con standard nazionali sui materiali)
1. Caratteristiche di resistenza alla corrosione del titanio
Il titanio è un metallo con una forte tendenza alla passivazione. Può formare rapidamente un film protettivo ossidativo stabile nell'aria e nelle soluzioni acquose ossidanti o neutre. Anche se per qualche motivo la pellicola è danneggiata, può ripristinarsi rapidamente e automaticamente. Pertanto, il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione in mezzi ossidanti e neutri.
A causa delle grandi prestazioni di passivazione del titanio, in molti casi, a contatto con metalli diversi, non accelera la corrosione, ma può accelerare la corrosione di metalli diversi. Ad esempio, negli acidi non ossidanti a bassa concentrazione, se le leghe Pb, Sn, Cu o Monel vengono messe a contatto con il titanio per formare una coppia galvanica, la corrosione di questi materiali verrà accelerata, mentre il titanio non verrà influenzato. Nell'acido cloridrico, quando il titanio entra in contatto con l'acciaio a basso tenore di carbonio, sulla superficie del titanio viene generato nuovo idrogeno, che distrugge la pellicola di ossido di titanio, che non solo provoca l'infragilimento da idrogeno del titanio, ma accelera anche la corrosione del titanio. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che il titanio è altamente resistente all'idrogeno. a causa dell'attività.
Il contenuto di ferro nel titanio ha un impatto sulla resistenza alla corrosione in alcuni mezzi. Oltre alle materie prime, la ragione dell'aumento del ferro è spesso dovuta al fatto che durante la saldatura il ferro contaminato penetra nel cordone di saldatura, provocando un aumento del contenuto locale di ferro nel cordone di saldatura. Questa corrosione ha una natura non uniforme. Quando si utilizzano parti in ferro per supportare apparecchiature in titanio, la contaminazione da ferro sulla superficie di contatto ferro-titanio è quasi inevitabile. La corrosione è accelerata nella zona contaminata dal ferro, soprattutto in presenza di idrogeno. Quando la pellicola di ossido di titanio sulla superficie contaminata viene danneggiata meccanicamente, l'idrogeno penetra nel metallo. A seconda di condizioni quali temperatura e pressione, l'idrogeno si diffonde di conseguenza, provocando vari gradi di infragilimento da idrogeno nel titanio. Pertanto, quando il titanio viene utilizzato in sistemi a media temperatura e media pressione e contenenti idrogeno, è necessario evitare la contaminazione superficiale del ferro.
In circostanze normali, il titanio non soffre di corrosione per vaiolatura.
Il titanio offre anche stabilità alla fatica da corrosione.
Il titanio ha una buona resistenza alla corrosione interstiziale, in particolare le leghe Ti-0.3Mo-0.8Ni e Ti-0.2Pd. Pertanto, le leghe Ti-0.3Mo-0.8Ni e Ti-0.2Pd sono ampiamente utilizzate come materiali di superficie sigillanti per le apparecchiature dei container per risolvere il problema della corrosione interstiziale sulla superficie di tenuta delle apparecchiature.
2. Applicazione di materiali in titanio
Grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione, i materiali in titanio sono ampiamente utilizzati nell'industria petrolifera, chimica, nella produzione di sale, nel settore farmaceutico, nella metallurgia, nell'elettronica, nell'aviazione, nell'aerospaziale, nella marina e in altri campi correlati.
Il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione alla maggior parte delle soluzioni saline. Ad esempio, il titanio è più resistente alla corrosione dell'acciaio al nichel ad alto contenuto di cromo nelle soluzioni di cloruro e non presenta corrosione per vaiolatura. Tuttavia, il tasso di corrosione è più elevato nel tricloruro di alluminio, che è correlato alla produzione di acido cloridrico concentrato dopo l'idrolisi del tricloruro di alluminio. Il titanio ha anche una buona stabilità al clorito di sodio caldo e a varie concentrazioni di ipoclorito. Pertanto, i materiali in titanio sono ampiamente utilizzati nella produzione di sale sottovuoto e nell'industria delle polveri sbiancanti.
Il titanio ha una buona resistenza alla corrosione alla maggior parte delle soluzioni alcaline. Il titanio è relativamente stabile nelle soluzioni di idrossido di sodio e di idrossido di potassio con concentrazioni inferiori al 50%. Se la soluzione alcalina contiene ioni cloruro o cloruri, la sua resistenza alla corrosione supera addirittura quella del nichel e dello zirconio. Tuttavia, con l’aumento della temperatura e della concentrazione, la corrosione aumenterà. L'industria dei cloro-alcali è oggi il più vasto campo di applicazioni civili del titanio.
Il titanio non è resistente alla corrosione nel cloro secco ed è a rischio di incendio, ma ha un'elevata stabilità nel cloro umido, superiore a zirconio, Hastelloy C e Monel, e persino nell'acido solforico, acido cloridrico e cloro saturo. È anche stabile in mezzi come il cloruro, quindi il titanio è il materiale di prima scelta per le apparecchiature chiave nella produzione di biossido di titanio con il metodo dell'acido solforico.
Poiché il titanio ha una buona resistenza alla corrosione degli idrocarburi, è buono anche quando contiene acidi e impurità di cloruro. Pertanto, i materiali in titanio sono ampiamente utilizzati anche nei prodotti chimici organici, come PTA (acido tereftalico purificato), PVA (vinilon), ecc.
Il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione nell'acqua di mare, quindi il titanio è ampiamente utilizzato anche in campi marini come le piattaforme di trivellazione petrolifera offshore e la desalinizzazione dell'acqua di mare.
2. Nichel e leghe a base di nichel
1. Stato della produzione nazionale del nichel e delle leghe a base di nichel
Il nichel puro industriale domestico può essere prodotto autonomamente, ma alcune leghe a base di nichel dipendono principalmente dalle importazioni.
Tipi di nichel e leghe a base di nichel (alcuni hanno standard nazionali sui materiali)
I modelli di nichel e leghe a base di nichel comunemente utilizzati includono: nichel puro N6; Monel 400; Hastelloy B, Hastelloy B-2; Hastelloy C-276, ecc.
2. Resistenza alla corrosione del nichel e delle leghe a base di nichel
Il nichel ha una maggiore tendenza a passare in uno stato passivo. A temperature normali, la superficie del nichel è ricoperta da una pellicola di ossido, che la rende resistente alla corrosione in acqua e in molte soluzioni acquose saline.
Il nichel è abbastanza stabile a temperatura ambiente negli acidi diluiti non ossidanti, come<15% hydrochloric acid, <17% sulfuric acid and many organic acids. However, when adding oxidants (FeCl2, CuCl2, HgCl2, AgNO3 and hypochlorite) and ventilation, the corrosion rate of nickel increases significantly.
Il nichel è completamente stabile in tutte le soluzioni alcaline, sia ad alta temperatura che alcali fusi. Questa è la caratteristica eccezionale del nichel.
La lega di Monel è più resistente alla corrosione del nichel nei mezzi riducenti e più resistente alla corrosione del rame nei mezzi ossidanti. È più resistente alla corrosione del nichel e del rame nell'acido fosforico, acido solforico, acido cloridrico, soluzioni saline e acidi organici.
In qualsiasi concentrazione di acido fluoridrico, la lega Monel è molto resistente alla corrosione quando l'ossigeno non entra molto. Tuttavia, quando nella soluzione sono presenti aerazione e ossidanti, o quando nella soluzione sono presenti impurità nocive come sali di ferro e sali di rame, la sua resistenza all'acido fluoridrico diminuisce. Tra i materiali metallici, oltre al platino e all'argento, è uno dei migliori materiali resistenti alla corrosione dell'acido fluoridrico.
È molto resistente alla corrosione nelle soluzioni alcaline caustiche, ma quando la concentrazione di idrossido di sodio è molto elevata, sebbene la resistenza alla corrosione della lega Monel sia peggiore di quella del nichel, è comunque più resistente agli alcali rispetto ad altri materiali metallici.
La lega Monel è soggetta a fessurazioni da tensocorrosione ed è meglio utilizzarla dopo la ricottura a 530-650 grado per eliminare lo stress.
Le leghe Hastelloy comunemente utilizzate sono Hastelloy B (B-2, B-3) e Hastelloy C-276. Hanno un'elevata resistenza alla corrosione negli acidi inorganici e organici non ossidanti, come resistenza all'acido solforico diluito a 70 gradi, resistente a tutte le concentrazioni di acido cloridrico, acido fosforico, acido acetico e acido formico, in particolare acido cloridrico concentrato a caldo.
Hastelloy è stabile in soluzioni caustiche e alcaline e completamente stabile in mezzi organici, acqua di mare e acqua dolce.
Tre rame bianco (B10, B30)
Il cupronichel è una lega di rame-nichel. Il cupronichel può essere prodotto a livello nazionale ed è prodotto principalmente da Luoyang Copper.
La resistenza alla corrosione del rame bianco è sostanzialmente simile a quella del rame puro. Si verificherà una grave corrosione negli acidi inorganici, in particolare nell'acido nitrico. Tuttavia, l'acido fluoridrico con una concentrazione di<70% is corrosion-resistant in the absence of oxygen and below the boiling point. White copper does not corrode greatly in organic acids, and the corrosion rate is very small in alkaline solutions and organic compounds.
Nel processo con soda caustica o nella soda caustica elettrolitica a diaframma, la lega di rame-nichel B30 (70-30 può essere utilizzata per sostituire il nichel puro per produrre apparecchiature per evaporatori a film, in particolare la parte a film cadente. Non solo può migliorare il servizio vita, ma anche risparmiare il 70% di nichel. B10 (91-9 lega rame-nichel) può anche sostituire il nichel puro per produrre tubi di evaporazione, camere di evaporazione e altre apparecchiature di evaporatori a film ascendente.
Il rame bianco ha un'elevata resistenza alla corrosione nell'acqua di mare, quindi gli scambiatori di calore raffreddati dall'acqua di mare spesso utilizzano rame bianco B10 e B30.
Quattro materiali in zirconio
I gradi di zirconio e leghe di zirconio comunemente utilizzati includono: zirconio non nucleare R60702, R60703, R60704, R60705 e R60706.
Sebbene la Cina non disponga di specifiche per i contenitori in zirconio e leghe di zirconio, è stata in grado di produrre materiali in zirconio per uso nucleare e non nucleare.
Lo zirconio ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto all'acciaio inossidabile, alle leghe a base di nichel e al titanio. Le sue proprietà meccaniche e di processo sono molto adatte anche per la produzione di contenitori e scambiatori di calore. Tuttavia, a causa del suo prezzo elevato, in passato veniva utilizzato raramente. Tuttavia, con lo sviluppo dell'industria chimica nazionale, molte apparecchiature altamente corrosive utilizzano sempre più materiali in zirconio, che migliorano notevolmente la durata e l'affidabilità delle apparecchiature e ottengono maggiori vantaggi economici. Allo stato attuale, la tecnologia dalla produzione di materiali in zirconio alla progettazione, produzione e ispezione delle apparecchiature è diventata sempre più matura, fornendo le basi per l'ampia applicazione dei contenitori in zirconio.
5. Materiali in tantalio (Ta1, Ta2, TaNb3, TaNB20)
Il tantalio ha un'elevata stabilità chimica ed è altamente resistente alla corrosione chimica e alla corrosione atmosferica inferiore a 150 gradi. È resistente alla corrosione anche in atmosfera industriale inquinata.
Il tantalio è resistente all'acido cloridrico e all'acido nitrico di qualsiasi concentrazione alla temperatura di ebollizione e ad un acido misto composto da acido nitrico fumante e acido solforico fumante dalla temperatura ambiente a 150 gradi. Ad eccezione dell'acido fluoridrico, del triossido di zolfo fumante e dell'acido solforico concentrato ad alta temperatura e dell'acido fosforico concentrato, il tantalio è stabile agli altri acidi.
Il tantalio ha un'elevata stabilità in ambienti acidi e alcalini inferiori a 200 gradi, anche superiori a oro e platino.
Il tantalio ha una scarsa resistenza alla corrosione nelle soluzioni alcaline concentrate. Non resistente allo ioduro di potassio e alle soluzioni contenenti ioni fluoruro.
La corrosione del tantalio è una corrosione uniforme e completa, insensibile ai tagli e non provoca tipi di corrosione localizzati come fatica da corrosione e fessurazioni da corrosione. Questa caratteristica del tantalio può essere utilizzata come materiale di rivestimento e rivestimento.
6. Altri materiali metallici speciali
1. Acciaio duplex
Acciaio inossidabile duplex di bassa qualità (tipo 2304)
Acciaio inossidabile duplex standard (tipo 2205)
Acciaio inossidabile super duplex (tipo 2507)
Per l'acciaio inossidabile duplex ferritico-austenitico, ha le caratteristiche sia dell'acciaio ferritico che dell'acciaio austenitico. La presenza di austenite riduce la fragilità dell'acciaio ferritico ad alto contenuto di cromo, previene la tendenza alla crescita del grano e migliora la tenacità e la saldabilità dell'acciaio ferritico. La presenza di ferrite migliora il carico di snervamento dell'acciaio austenitico al Cr-Ni, e allo stesso tempo rende l'acciaio resistente alla tensocorrosione e presenta una piccola tendenza alla criccatura a caldo durante la saldatura. Questo tipo di acciaio contiene alti livelli di elementi di lega resistenti alla corrosione come Cr, Ni, Cu e Mo. Sebbene la struttura a doppia fase possa facilmente causare la corrosione della microbatteria, se il contenuto di elementi di lega raggiunge un certo valore, entrambe le fasi possono essere passivato nel mezzo e non si verificherà corrosione selettiva a doppia fase. Ha una buona resistenza alla corrosione uniforme e alla vaiolatura. .
Oggi, gli acciai inossidabili duplex sono utilizzati in una varietà di applicazioni, non solo in applicazioni chimiche, petrolchimiche e farmaceutiche, ma anche nel settore della pasta e della carta, nel settore alimentare e delle bevande, nonché nell'edilizia, negli edifici e nelle strutture.
Ma le applicazioni più importanti dell'acciaio inossidabile duplex sono nei reattori e in altre apparecchiature industriali nei settori chimico, dei fertilizzanti, petrolchimico, energetico e della pasta di legno e della carta. Nella maggior parte delle applicazioni, gli acciai inossidabili duplex sono considerati un materiale alternativo economicamente vantaggioso, colmando il divario tra i comuni acciai austenitici come il 316L e le leghe superiori.
Sebbene si creda generalmente che le leghe duplex siano utilizzate a causa della loro resistenza alla corrosione da parte di prodotti chimici, questo è molto importante nelle soluzioni di acqua calda dove gli acciai inossidabili austenitici non hanno sufficiente resistenza alla corrosione per vaiolatura e alla tensocorrosione.
2. AL-6XN
La lega AL-6XN è un acciaio inossidabile super austenitico scoperto dalla Allegheny Ludlum Company negli Stati Uniti. Presenta una maggiore resistenza alla corrosione per vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla corrosione interstiziale a pressione da parte degli ioni cloruro rispetto alla lega standard della serie 300 ed è più resistente alla corrosione rispetto alle tradizionali leghe a base di nichel. Il costo della lega è basso.
Nell'acciaio inossidabile, Cr, Mo, Ni e C hanno rispettivamente resistenza alla corrosione a diversi mezzi. Il Cr è il rappresentante della resistenza alla corrosione in ambienti naturali e ossidanti. L'aumento del contenuto di Cr, Mo e Ni aumenta la resistenza alla corrosione per vaiolatura. Il nichel fornisce una struttura austenite. Il nichel e il molibdeno aumentano la capacità di corrosione interstiziale e la resistenza agli ioni cloruro. Ridurre la resistenza alla corrosione dell'ambiente.
La lega AL-6XN ad alto contenuto di nichel (24%)-molibdeno (6,3%) ha una buona resistenza alla corrosione interstiziale sotto pressione. Il molibdeno ha la capacità di resistere alla corrosione per vaiolatura degli ioni cloruro. Il nichel migliora ulteriormente la resistenza alla corrosione per vaiolatura e può fornire una resistenza maggiore rispetto all'acciaio inossidabile austenitico 300, quindi viene spesso utilizzato nelle parti più sottili delle apparecchiature. I livelli più elevati di cromo, molibdeno e nichel nell'AL-6XN forniscono anche resistenza alla corrosione durante la formatura e la saldatura dell'acciaio inossidabile.
L'alto contenuto di cromo, molibdeno, nichel e azoto fa sì che AL-6XN abbia una buona resistenza alla corrosione per vaiolatura da parte di ioni cloruro e alla corrosione interstiziale, il che rende AL-6XN utilizzato in molti ambienti, come alimenti, acqua di mare o altri prodotti chimici ambienti.
7. Materiali compositi metallici
Sebbene i materiali metallici speciali abbiano una buona resistenza alla corrosione, sono anche relativamente costosi, motivo per cui alcuni di essi non possono essere promossi su larga scala. Tuttavia, la tecnologia dei compositi metallici ha d’altro canto promosso questi speciali materiali metallici. Applicazioni.
I materiali compositi metallici sono nuovi materiali metallici composti da diversi componenti metallici o leghe come a, b e c attraverso diverse tecniche di lavorazione. Ciascuna interfaccia forma un insieme di legami metallici e ha prestazioni uguali o migliori del materiale metallico singolo originale. . Non è né a né b (o c). Combina i vantaggi dei componenti costitutivi e supera le carenze prestazionali dei singoli componenti. Non solo ottimizza la progettazione dei materiali, ma incarna anche il principio dell'uso razionale dei materiali. È una delle attuali direzioni di sviluppo della scienza e dell'ingegneria dei materiali.
I metodi di compounding includono: compounding con esplosione, compounding con laminazione con esplosione e compounding con laminazione. Al giorno d'oggi, la maggior parte dei metodi domestici utilizzano il compounding per esplosione.
Le varietà di materiali compositi includono: pannelli compositi (a due strati, tre strati), barre composite e tubi compositi.
vantaggio:
Combinazione e rapporto ragionevoli tra le proprietà dei materiali di rivestimento e dei materiali di base;
Determinare il rapporto di spessore dei due materiali secondo necessità;
Risparmia metalli preziosi e rari e riduci i costi delle attrezzature;
Ridurre lo spessore del progetto strutturale o aumentare la sollecitazione del servizio strutturale.
Al momento, il paese dispone di standard nazionali pertinenti per i materiali compositi, come GB8547-87 "Titanium-Steel Composite Plate", GB8546-87 "Titanium-Stainless Steel Composite Plate", JB4733-94 "Piastra in acciaio composito esplosivo in acciaio inossidabile per recipienti a pressione", ecc.
In sintesi, poiché i materiali metallici speciali hanno una buona resistenza alla corrosione e buone prestazioni di lavorazione, possono soddisfare notevolmente le esigenze di resistenza alla corrosione delle apparecchiature di produzione dei produttori e migliorare il livello di resistenza alla corrosione delle apparecchiature. Negli ultimi anni, la loro promozione e applicazione in Cina ha ottenuto alcuni risultati. Tuttavia, con il rapido sviluppo dell’economia cinese, in particolare la graduale formazione del modello di integrazione economica globale e l’adesione della Cina all’OMC, esiste un ampio spazio per lo sviluppo di materiali metallici speciali nazionali (compreso l’ingresso nel mercato internazionale), ma richiede dipartimenti nazionali competenti per la gestione dell’industria. Sviluppare gli standard necessari e le relative politiche e normative per promuovere lo sviluppo dell’intero settore.
