工程材料及其耐腐蚀性(5)

②高温高压水

在高温水中溶解氧和微量Cl－是导致奥氏体不锈钢破裂的主要因素，如果没有氧存在，仅含有微量Cl－的高温水不会引起破裂。随水温升高，破裂敏感性也会增大。

③连多硫酸

连多硫酸应力腐蚀破裂主要发生在炼油和石油化工装置中，原油中含有的硫在高温下与钢表面反应生成FeS，停车冷却后FeS与空气中的水反应，即能生成连多硫酸H2SxO6(x=3，4，5)，奥氏体不锈钢在连多硫酸中发生晶间型应力腐蚀破裂，破裂敏感性随酸浓度升高和钢中C％升高而增大，敏化会大大促进破裂。低碳、超低碳奥氏体不锈钢和含Ti或Nb的稳定化钢，有较强的耐连多硫酸应力腐蚀破裂能力。工程设备中也可以采用停车期间充氮气保护或及时清洗以除去连多硫酸的措施。

钢中Ni、Cr、Si、Mo、Cu等元素含量提高对提高抗应力腐蚀裂性能有利，C、P、N等元素则有害。

4．应用情况

(1)在无机化工和化肥工业中的应用

奥氏体不锈钢广泛用于硝酸及以硝酸为原料的各种化工装置中。在硝铵、硫铵装置中，普通18-8型钢大量用作中和槽、蒸发器、结晶槽、母液贮槽等结构，以及制作离心机、泵、于燥机溶部件。尿素装置中由于氨基甲酸铵冷凝液有较强腐蚀性，通常汽提塔、分离器、冷凝器等部位采用00Crl7Nil4Mo2(316L)钢。在氯碱工业中，奥氏体不锈钢可用于处理沸点以下低浓度或低温高浓度NaOH溶液的装置。Cr25Ni20钢可用作高温部位的合成氨转化炉炉管。奥氏体不锈钢也广泛被用作各种装置中的热交换器管束。 (2)在石油化工中的应用

很多乙烯裂解炉管采用Cr25Ni20不锈钢。加氢、脱氢装置、脱甲烷塔，乙烯、丙烯、丁二烯、苯等合成反应装置中的聚合釜、反应器、贮罐、塔器、分离器等也大量采用普通18-8型及316型奥氏体不锈钢。炼油厂常减压蒸馏装置中的转油线，因接触高流速酸性原油，采用316L不锈钢有良好耐蚀性。高温临氢系统和低温H2S－CO2系统，奥氏体不锈钢亦有良好耐蚀性。18-8型奥氏体钢是常温乙酸、丙酚、丙酮等有机原料生产装置中塔器、反应器，储罐等部件的主要材料，在沸腾有机酸装置中，可采用316L、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等更耐蚀的奥氏体钢种。 (3)在食品、医疗业中的应用

食品工业和医疗、医药工业要求设备腐蚀极轻微及卫生条件保持良好，奥氏体钢在这些领域中有非常广泛的用途。304和316型奥氏体钢现已广泛用作饮料、酿酒、乳品、调味品、食品加工等生产过程中的各种设备，以及制药工业中的反应器、干燥器、

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结晶器等等构件，亦大量用于医疗、食品器械。

4.6.3 其他不锈钢

常用的不锈钢还有马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢等类型，其耐蚀性的主要影响因素仍然是合金元素种类与含量。

4．7 耐蚀铸铁

提高铸铁耐腐蚀性有三种方法。一是在铸铁中加入硅、铬、铝等合金元素，使表面形成连续而致密的氧化保护膜；二是加入铬、钼、铜、镍等元素，提高铸铁基体的电极电位；三是通过减少石墨数量，进行球化处理，将石墨变成球状或加入合金元素获得单相金属基体等措施改善铸铁的组织。

耐蚀铸铁用代号“ST”表示，目前应用较多的有高硅耐蚀铸铁、高铬耐蚀铸铁、铝耐蚀铸铁和抗碱耐蚀铸铁。

（1）高硅铸铁

具有优异的耐腐蚀性能，但抗拉、抗弯强度小，性脆易裂，铸件易产生气孔、裂纹等缺陷。废品率高，加工性能差，一般采用磨削。要求产品在无振动、低温（﹤80℃）、温差波动小、压力不大（扬程小于45m）的工况下使用。产品在装配运输时要求避免敲击碰撞。适合在硝酸、硫酸、硫酸盐、醋酸、常温盐酸、脂肪酸等介质中长期使用。除高温盐酸与氢氟酸外的其他介质亦可使用。常用于制造承受静载荷、又无温度急变的各种耐腐蚀泵、纳氏真空泵、潜水泵、卧式离心机等。

（2）稀土高硅球墨铸铁

在高硅铸铁中加入稀土镁合金构成稀土高硅球墨铸铁，可改善金属基体组织、提高强度、耐腐蚀性和铸造流动性，降低废品率。但脆性仍较高，吸振兴差，加工性能有所改善，除磨削外，还可车削、钻孔、套丝等，可进行补焊，但效率较低。可广泛地代替高硅铸铁和铬镍不锈钢铸件制造耐酸泵、轴套等。

（3）高硅钼铸铁

又称抗氯铸铁，对氯化物溶液、氯离子具有高度稳定性，适用于除氢氟酸以外的各种酸类。不耐浓碱腐蚀，主要用作抗盐酸铸件。

（4）铝铸铁

铸铁中加入4.0％～6.0％铝称为铝铸铁。可耐碱的腐蚀，如氨盐水、氯化氨等。产品废品率较高。用于联碱、氨碱生产中的轴流泵，如纯碱氯化铵泵和碳酸氢氨泵，联碱厂、造纸厂、印染、肥皂、炼油等工业中的碱液泵厂等。

（5）铝硅铸铁

用于含结晶的碱类溶液，也能耐热。用于制作有结晶母液的轴流泵叶轮。 （6）高铬铸铁

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在氧化性介质中稳定性好，在冷、热浓硝酸、浓硫酸、大气中都耐腐蚀，但不耐稀硫酸腐蚀。有一定的耐热性。

（7）抗碱铸铁

在氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾等碱液中有较强的稳定性，主要用作抗碱铸铁。 （8）高硅铜铸铁

具有高的耐磨性和耐蚀性，但铸造性能差，废品率高。耐碱和酸的腐蚀，但不耐硝酸腐蚀。耐碱腐蚀性能比铝铸铁好，可用作强蚀性并有晶间磨损的泵叶轮及轴套等。如联碱泵的过流部件。

4．8 铝和铝合金

铝作为结构材料在机械、化工、电子、电气、交通运输、民用建筑、食品轻工及日常生活中均有广泛应用。世界上铝的年产量仅次于钢铁，居有色金属之首。铝合金有铸造和变形两大类，按性能和用途可分为纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝和特殊铝等。

4．8．1 铝的性能 (1)物理性能

铝具有面心立方晶格，密度为2.703t／m3(纯度为99.75％)，属轻金属。铝的熔点低(为658．7℃)，铝的纯度越高，导电率就越好，99.97％纯铝的导电率为铜导电率的65％，仅决于银和铜。铝的导热性好、在0～100℃，导热系数为2.26J／(cm·s·℃)。常用作为换热器的部件。铝对电磁几乎没有影响，可以用铝制作无磁性要求的各种电气装置。 (2)工艺性能

铝的强度中等，随合金化程度而增大，可以通过冷加工而硬化。纯铝退火状态的拉伸强度约为80MPa，超硬铝的拉伸强度可达600MPa，可制作承受力较大的构件。铝的塑性好，可进行各种形式的压力加工，如压延、挤压、锻压、冲压等，制成管材、棒材、型材、线材、板材、带材和箔材。强度高的铝合金切削性较好。铝的纯度越高，切削性越差。铝可进行气焊，接触焊和氩弧焊。铝合金的合金化元素越少，焊接性能越好。

4．8．2 纯铝

通常，铝的纯度越高，则强度越低，延伸率越大，耐蚀性越好。

铝是常用金属中平衡电位最低的一种。当标准电极电位在－1.66V以下，铝位于免蚀区。当pH＝4.5～8.5时铝处于钝化区，表面生成一层钝化膜，使铝有良好的耐蚀性。当pH﹤4.5时，为酸性腐蚀区；pH﹥8.5，为碱性腐蚀区。所以，在中性、微酸性和微碱性的水中以及大气中，铝是十分耐蚀的。但这些介质中若含有C1－、 NO3－、 CO3

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、 HCO3－、 OH－等阴离子，铝就可能产生孔蚀等局部腐蚀。铝不耐盐酸、硫酸等

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非氧化性酸的腐蚀，很稀的盐酸即可引起铝的严重腐蚀。在磷酸中铝的腐蚀速度也很大，磷酸常被用作铝抛光液的主要成分，其浓度选择在80％以上。铝对氧化性酸是耐蚀的，如质量分数小于10％HNO3和大于80％HNO3，腐蚀率小于0.02mm/a。铝在醋酸、柠檬酸、乳酸等有机酸中有好的耐蚀性，在室温稀、浓醋酸中腐蚀率均小于0.03mm／a，但当温度升高到50℃左右，腐蚀率就上升至0.10mm／a以上。当醋酸中含水量小于0.2％、温度超过50℃时，就会发生严重的局部腐蚀。蚁酸、草酸和氯化醋酸等有机酸对铝有较大的腐蚀性，铝在甲醇、乙醇、甘油、苯酚等有机物中也耐蚀。碱对铝是有腐蚀性的，在NaOH、KOH溶液中铝极不耐蚀，但在氨水和硅酸钠中有较好的耐蚀性。

铝在中性盐溶液中的腐蚀行为取决于溶液中阴、阳离子的特性。当溶液中含有F－，Cl等卤素离子时铝极不耐蚀，并极易产生孔蚀。铝在海水中的耐蚀性也差。当溶液中含有氧化性离子，如Cr2O72－，CrO42－等，由于钝化作用，使铝能耐蚀。当盐溶液中含有电位较正的金属离子，如Fe2＋、Ni2＋、Cu2＋等，由于二次析出效应的结果，会加速铝的腐蚀。

铝耐硫和硫化物腐蚀。在通有SO2或H2S和空气的水中，铝的腐蚀率较铁和铜小。 铝有良好的抗氧化性能，但当温度>300℃时会发生严重的蠕变，一般使用喷铝或渗铝等表面处理手段来充分利用铝的抗高温氧化性能。

纯铝在质量分数大于80％的硝酸中的耐蚀性比不锈钢高，化工生产中常用高纯铝制造浓硝酸设备，如高压釜，漂白塔，浓硝酸贮槽、槽车、泵、阀门等。

铝在撞击时不会产生火花，可用铝制造贮存易燃、易爆物料的容器。

硝酸工业中，如高压釜、漂白塔等浓硝酸设备的内筒、泵、阀门，硝酸贮槽，槽车等用高纯铝制造。纯度低的铝被用作温度低于150℃的浓硝酸、醋酸、碳酸、矿物肥料等生产中的塔器、换热器、加工运 输、储存等设备。

铝还可用作贮存易挥发有机物质、如甲醇、乙醇、甲醛、丁醛等的贮槽和容器。尿素生产中，循环系统和吸收系统的低压和常压冷凝器及蒸发器等也用铝来制造。

4．8．3 铝合金 1 铸造铝合金

常用的铸造铝合金有铝硅、铝镁和铝铜三种合金。可用于铸造泵、阀、离心机等的零部件。

(1)铝硅铸造合金

按GB／T1173－1995，铝硅铸造合金的含硅量为4.5％—13.0％，有的牌号还含有一定量的铜、镁等。铝硅铸造合金具有优良的铸造性能，可以焊接，有良好的耐蚀性和一定的力学性能。

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(2)铝镁铸造合金

在铸造铝合金中，该类合金的相对强度大，密度小，耐蚀性高。常用作承受冲击载荷，外形不复杂的重要零部件。有ZL301，303，305三个牌号，镁含量为4.5％～11.0％。 (3)铝铜铸造合金

有较强的时效硬化能力和热稳定性，适合在较高温度下工作。但铸造工艺性能和耐蚀性较差。有ZL201～205A五个牌号，Cu含量为3.0％～5.3％。

2 变形铝合金

变形铝合金有防锈铝、硬铝、锻铝和超硬铝等几大类型。

（1）防锈铝合金：主要有AI-Mg和Al-Mn两个合金系列，均属于不能热处理强化合金，冷作硬化可提高合金强度，具有足够的塑性和比纯铝高得多的强度，耐蚀性好，抛光性好。Al-Mn系防锈铝合金可焊性、耐蚀性与纯铝相似，强度比纯铝高，主要用于航空工业，制造飞机油管、油路导管等。Al-Mg系变形铝合金属中强度可焊合金，强度高于Al-Mn合金，有良好的抛光性和耐蚀性，特别耐海水腐蚀，广泛用于船舶工业制造轻舰艇，用于航空工业制造焊接油箱、导管等。也用作火箭的液体燃料贮箱，农业排灌管及装饰件，在海水淡化装置中也有一定量应用。

（2）硬铝：为Al-Cu-Mg-Mn系合金，典型牌号是LY12合金，热处理后最高强度可达500MPa，常用作飞机结构件、框架、蒙皮等。

（3）锻铝：为Al-Mg-Si-Cu系合金，具有优良的热塑性，主要用于制造锻件，常用牌号有LD2、LD5、LD6和LD10。

（4）超硬铝：为Al-Zn-Mg-Cu系合金，强度比硬铝更高，典型牌号是LC4，应用于飞机结构件如翼梁、起落架等。

除防锈铝外，其他几种变形铝合金由于合金化程度较高，内含多种金属间化合物，耐腐蚀性较差，晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的倾向较高。

3 铝合金的局部腐蚀 (1)孔蚀

孔蚀是铝及铝合金常出现的局部腐蚀形态。在大气、淡水、海水和其他一些中性及近中性水溶液中都会出现，在水中比较严重，甚至导致穿孔，对管道、容器危害较大。去除水中的Cl离子、溶解氧和氧化性离子，使水流动，以减少局部氧浓差等措施，都能减轻孔蚀的发生。 (2)晶间腐蚀

含Mg量大于3％的A1-Mg合金，A1-Cu， Al-Cu-Mg， Al-Cu-Mg合金，常因不适当的热处理造成在工业大气、海洋大气和海水中产生晶间腐蚀，常见的铝合金剥蚀即晶间腐蚀的一种形态。可以通过适当的热处理，例如400℃以上固溶处理来防止。 (3)应力腐蚀

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