Korrosionsbeständigkeitseigenschaften und Anwendungen häufig verwendeter Spezialmetallwerkstoffe
1. Titan und Titanlegierungen
Die Produktion von Titanlegierungen in China verläuft im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie im Ausland, ihre Förderung und Anwendung hinkt jedoch hinterher, insbesondere für den zivilen Gebrauch. Gleichzeitig haben einige Unternehmen ohne Produktionskapazität und einige kleine und mittlere Township-Unternehmen aufgrund des ungeordneten Wettbewerbs zwischen aus dem Ausland geschmuggelten Titanmaterialien und einigen Ausrüstungsverarbeitungsunternehmen in den letzten Jahren minderwertige Materialien oder minderwertige Waren verwendet, was ebenfalls zu Störungen geführt hat den Titanausrüstungsmarkt bis zu einem gewissen Grad. Gerätehersteller sprechen daher von „Titan“-Verfärbungen. Daher spielt diese Situation auch eine gewisse Rolle bei der Behinderung der Entwicklung der chinesischen Titanausrüstungsindustrie. Es muss die Aufmerksamkeit der zuständigen Managementabteilungen auf sich ziehen und sollte auch als Warnung für andere spezielle Materialien dienen, die entwickelt werden. .
Häufig verwendete Titansorten (mit nationalen Materialstandards)
1. Korrosionsbeständigkeitseigenschaften von Titan
Titan ist ein Metall mit einer starken Tendenz zur Passivierung. Es kann in der Luft und in oxidierenden oder neutralen wässrigen Lösungen schnell einen stabilen oxidativen Schutzfilm bilden. Selbst wenn der Film aus irgendeinem Grund beschädigt ist, kann er sich schnell und automatisch erholen. Daher weist Titan eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden und neutralen Medien auf.
Aufgrund der hervorragenden Passivierungsleistung von Titan beschleunigt es in vielen Fällen bei Kontakt mit unterschiedlichen Metallen die Korrosion nicht, kann jedoch die Korrosion unterschiedlicher Metalle beschleunigen. Wenn beispielsweise in nicht oxidierenden Säuren niedriger Konzentration Pb, Sn, Cu oder eine Monel-Legierung mit Titan in Kontakt gebracht werden, um ein galvanisches Paar zu bilden, wird die Korrosion dieser Materialien beschleunigt, während Titan nicht beeinträchtigt wird. Wenn Titan mit kohlenstoffarmem Stahl in Kontakt kommt, entsteht in Salzsäure neuer Wasserstoff auf der Titanoberfläche, der den Titanoxidfilm zerstört, was nicht nur zur Wasserstoffversprödung des Titans führt, sondern auch die Titankorrosion beschleunigt. Dies kann daran liegen, dass Titan sehr beständig gegen Wasserstoff ist. aufgrund der Aktivität.
Der Eisengehalt in Titan hat in manchen Medien Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit. Ursache für den Eisenanstieg ist neben den Rohstoffen häufig, dass beim Schweißen verunreinigtes Eisen in die Schweißraupe eindringt und der lokale Eisengehalt in der Schweißraupe ansteigt. Diese Korrosion ist ungleichmäßiger Natur. Wenn Eisenteile zur Unterstützung von Titangeräten verwendet werden, ist eine Eisenverunreinigung auf der Eisen-Titan-Kontaktfläche fast unvermeidlich. Insbesondere in der Gegenwart von Wasserstoff wird die Korrosion im eisenbelasteten Bereich beschleunigt. Wenn der Titanoxidfilm auf der kontaminierten Oberfläche mechanisch beschädigt wird, dringt Wasserstoff in das Metall ein. Je nach Bedingungen wie Temperatur und Druck diffundiert Wasserstoff entsprechend, was zu einer unterschiedlich starken Wasserstoffversprödung des Titans führt. Daher muss bei der Verwendung von Titan in Systemen mit mittlerer Temperatur und mittlerem Druck sowie wasserstoffhaltigen Systemen eine Kontamination der Oberfläche mit Eisen vermieden werden.
Unter normalen Umständen leidet Titan nicht unter Lochfraß.
Titan bietet außerdem Korrosionsermüdungsstabilität.
Titan weist eine gute Spaltkorrosionsbeständigkeit auf, insbesondere Ti-0.3Mo-0.8Ni und Ti-0.2Pd-Legierungen. Daher werden Ti-0.3Mo-0.8Ni- und Ti-0.2Pd-Legierungen häufig als Dichtungsoberflächenmaterialien für Containerausrüstung verwendet, um das Problem der Spaltkorrosion auf der Ausrüstungsdichtungsoberfläche zu lösen.
2. Anwendung von Titanmaterialien
Aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit werden Titanmaterialien häufig in der Erdölindustrie, der chemischen Industrie, der Salzproduktion, der Pharmaindustrie, der Metallurgie, der Elektronik, der Luftfahrt, der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und anderen verwandten Bereichen eingesetzt.
Titan weist gegenüber den meisten Salzlösungen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Beispielsweise ist Titan in Chloridlösungen korrosionsbeständiger als hochchromhaltiger Nickelstahl und weist keine Lochfraßkorrosion auf. Allerdings ist die Korrosionsrate bei Aluminiumtrichlorid höher, was mit der Bildung konzentrierter Salzsäure nach der Hydrolyse von Aluminiumtrichlorid zusammenhängt. Titan weist außerdem eine gute Stabilität gegenüber heißem Natriumchlorit und verschiedenen Hypochloritkonzentrationen auf. Daher werden Titanmaterialien häufig in der Vakuumsalzproduktion und in der Bleichpulverindustrie eingesetzt.
Titan weist gegenüber den meisten alkalischen Lösungen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Titan ist in Natriumhydroxid- und Kaliumhydroxidlösungen mit Konzentrationen von weniger als 50 % relativ stabil. Wenn die alkalische Lösung Chloridionen oder Chloride enthält, übertrifft ihre Korrosionsbeständigkeit sogar die von Nickel und Zirkonium. Mit zunehmender Temperatur und Konzentration nimmt jedoch die Korrosion zu. Die Chlor-Alkali-Industrie ist heute der größte Bereich der inländischen zivilen Titananwendungen.
Titan ist in trockenem Chlor nicht korrosionsbeständig und stellt ein Brandrisiko dar, weist jedoch in feuchtem Chlor eine hohe Stabilität auf, die Zirkonium, Hastelloy C und Monel übertrifft, und sogar in Schwefelsäure, Salzsäure und gesättigtem Chlor. Da es auch in Medien wie Chlorid stabil ist, ist Titan das Material erster Wahl für Schlüsselgeräte bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Schwefelsäureverfahren.
Da Titan in Kohlenwasserstoffen eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist, ist es auch dann gut, wenn es Säuren und Chloridverunreinigungen enthält. Daher werden Titanmaterialien auch häufig in organischen Chemikalien wie PTA (gereinigte Terephthalsäure), PVA (Vinylon) usw. verwendet.
Titan verfügt über eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit im Meerwasser, weshalb Titan auch häufig in Meeresbereichen wie Offshore-Ölbohrplattformen und der Meerwasserentsalzung eingesetzt wird.
2. Nickel und Nickelbasislegierungen
1. Inländischer Produktionsstatus von Nickel und Nickelbasislegierungen
Inländisches industrielles Reinnickel kann selbst hergestellt werden, einige Nickelbasislegierungen sind jedoch hauptsächlich auf Importe angewiesen.
Arten von Nickel und Nickelbasislegierungen (einige haben nationale Materialstandards)
Zu den häufig verwendeten Modellen aus Nickel und Nickelbasislegierungen gehören: reines Nickel N6; Monel 400; Hastelloy B, Hastelloy B-2; Hastelloy C-276 usw.
2. Korrosionsbeständigkeit von Nickel und Nickelbasislegierungen
Nickel hat eine größere Tendenz, in einen passiven Zustand überzugehen. Bei normalen Temperaturen ist die Oberfläche von Nickel mit einem Oxidfilm bedeckt, der es in Wasser und vielen salzhaltigen wässrigen Lösungen korrosionsbeständig macht.
Nickel ist bei Raumtemperatur in nicht oxidierenden verdünnten Säuren, wie z<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.
Nickel ist in allen alkalischen Lösungen völlig stabil, egal ob bei hohen Temperaturen oder in geschmolzenem Alkali. Dies ist die herausragende Eigenschaft von Nickel.
Monel-Legierungen sind in reduzierenden Medien korrosionsbeständiger als Nickel und in oxidierenden Medien korrosionsbeständiger als Kupfer. In Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Salzlösungen und organischen Säuren ist es korrosionsbeständiger als Nickel und Kupfer.
In jeder Flusssäurekonzentration ist die Monel-Legierung sehr korrosionsbeständig, wenn nicht viel Sauerstoff eindringt. Wenn jedoch Belüftung und Oxidationsmittel in der Lösung vorhanden sind oder wenn schädliche Verunreinigungen wie Eisensalze und Kupfersalze in der Lösung vorhanden sind, nimmt die Beständigkeit gegenüber Flusssäure ab. Unter den Metallwerkstoffen ist es neben Platin und Silber eines der Materialien mit der besten Beständigkeit gegen Flusssäurekorrosion.
Es ist in ätzenden Alkalilösungen sehr korrosionsbeständig, aber wenn die Konzentration von Natriumhydroxid sehr hoch ist, ist die Korrosionsbeständigkeit der Monel-Legierung zwar schlechter als die von Nickel, aber immer noch alkalibeständiger als andere Metallmaterialien.
Monel-Legierungen sind anfällig für Spannungsrisskorrosion und werden am besten nach dem Glühen bei 530-650 Grad verwendet, um Spannungen zu beseitigen.
Die am häufigsten verwendeten Hastelloy-Legierungen sind Hastelloy B (B-2, B-3) und Hastelloy C-276. Sie weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber nicht oxidierenden anorganischen Säuren und organischen Säuren auf, wie z. B. Beständigkeit gegenüber 70 Grad verdünnter Schwefelsäure, und beständig gegenüber allen Konzentrationen von Salzsäure, Phosphorsäure, Essigsäure und Ameisensäure, insbesondere heißer konzentrierter Salzsäure.
Hastelloy ist in ätzenden und alkalischen Lösungen stabil und in organischen Medien, Meerwasser und Süßwasser völlig stabil.
Drei weiße Kupferfarben (B10, B30)
Kupfernickel ist eine Kupfer-Nickel-Legierung. Kupfernickel kann im Inland hergestellt werden und wird hauptsächlich von Luoyang Copper produziert.
Die Korrosionsbeständigkeit von Weißkupfer ähnelt grundsätzlich der von reinem Kupfer. Bei anorganischen Säuren, insbesondere Salpetersäure, kommt es zu starker Korrosion. Allerdings ist Flusssäure mit einer Konzentration von<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.
Beim Natronlaugeverfahren oder bei der Diaphragma-Elektrolyt-Natronlauge kann die Kupfer-Nickel-Legierung B30 (70-30 als Ersatz für reines Nickel bei der Herstellung von Filmverdampferanlagen, insbesondere dem Fallfilmteil, verwendet werden. Dadurch kann nicht nur der Service verbessert werden Lebensdauer, sondern spart auch 70 % Nickel. B10 (91-9 Kupfer-Nickel-Legierung) kann auch reines Nickel ersetzen, um Verdampfungsrohre, Verdampfungskammern und andere Ausrüstung von Steigfilmverdampfern herzustellen.
Weißes Kupfer weist in Meerwasser eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, daher verwenden meerwassergekühlte Wärmetauscher häufig weißes B10- und B30-Kupfer.
Vier Zirkoniummaterialien
Zu den häufig verwendeten Qualitäten von Zirkonium und Zirkoniumlegierungen gehören: nichtnukleares Zirkonium R60702, R60703, R60704, R60705 und R60706.
Obwohl China keine Spezifikationen für Behälter aus Zirkonium und Zirkoniumlegierungen hat, war es in der Lage, Zirkoniummaterialien für nukleare und nichtnukleare Zwecke herzustellen.
Zirkonium weist eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf als Edelstahl, Nickelbasislegierungen und Titan. Seine mechanischen Eigenschaften und Prozesseigenschaften eignen sich auch hervorragend für die Herstellung von Behältern und Wärmetauschern. Allerdings wurde es aufgrund seines hohen Preises in der Vergangenheit kaum genutzt. Mit der Entwicklung der heimischen chemischen Industrie werden jedoch in vielen hochkorrosiven Geräten zunehmend Zirkoniummaterialien verwendet, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Geräte erheblich verbessert und bessere wirtschaftliche Vorteile erzielt. Gegenwärtig ist die Technologie von der Herstellung von Zirkoniummaterialien bis hin zur Konstruktion, Herstellung und Inspektion von Geräten immer ausgereifter geworden und bildet die Grundlage für die breite Anwendung von Zirkoniumbehältern.
5. Tantalmaterialien (Ta1, Ta2, TaNb3, TaNB20)
Tantal weist eine hohe chemische Stabilität auf und ist äußerst beständig gegen chemische Korrosion und atmosphärische Korrosion unter 150 Grad. Es ist auch in verschmutzter Industrieatmosphäre korrosionsbeständig.
Tantal ist beständig gegen Salzsäure und Salpetersäure jeder Konzentration bei Siedetemperatur sowie gegen eine Mischsäure aus rauchender Salpetersäure und rauchender Schwefelsäure von Raumtemperatur bis 150 Grad. Mit Ausnahme von Flusssäure, rauchendem Schwefeltrioxid sowie bei hoher Temperatur konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter Phosphorsäure ist Tantal gegenüber anderen Säuren stabil.
Tantal weist in sauren und alkalischen Medien unter 200 Grad eine hohe Stabilität auf, sogar höher als Gold und Platin.
Tantal weist in konzentrierten Alkalilösungen eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf. Nicht beständig gegen Kaliumjodid und Lösungen, die Fluoridionen enthalten.
Die Korrosion von Tantal ist eine gleichmäßige und umfassende Korrosion, unempfindlich gegenüber Schnitten und verursacht keine lokalen Korrosionsarten wie Korrosionsermüdung und Korrosionsrisse. Diese Eigenschaft von Tantal kann als Beschichtungs- und Auskleidungsmaterial genutzt werden.
6. Andere spezielle Metallmaterialien
1. Duplexstahl
Minderwertiger Duplex-Edelstahl (Typ 2304)
Standard-Duplex-Edelstahl (Typ 2205)
Super-Duplex-Edelstahl (Typ 2507)
Ferritisch-austenitischer Duplex-Edelstahl weist die Eigenschaften sowohl von ferritischem als auch von austenitischem Stahl auf. Das Vorhandensein von Austenit verringert die Sprödigkeit von ferritischem Stahl mit hohem Chromgehalt, verhindert die Tendenz zum Kornwachstum und verbessert die Zähigkeit und Schweißbarkeit von ferritischem Stahl. Das Vorhandensein von Ferrit verbessert die Streckgrenze von austenitischem Cr-Ni-Stahl und macht den Stahl gleichzeitig widerstandsfähig gegen Spannungskorrosion und weist eine geringe Neigung zu Heißrissen beim Schweißen auf. Diese Art von Stahl enthält einen hohen Anteil an korrosionsbeständigen Legierungselementen wie Cr, Ni, Cu und Mo. Obwohl die Zweiphasenstruktur leicht zu Mikrobatteriekorrosion führen kann, können beide Phasen auftreten, wenn der Gehalt an Legierungselementen einen bestimmten Wert erreicht im Medium passiviert und eine zweiphasige selektive Korrosion tritt nicht auf. Es weist eine gute Beständigkeit gegen gleichmäßige Korrosion und Lochfraß auf. .
Heutzutage werden Duplex-Edelstähle in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, nicht nur in chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Anwendungen, sondern auch in der Zellstoff- und Papierindustrie, in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie im Baugewerbe, in Gebäuden und Bauwerken.
Die wichtigsten Anwendungen von Duplex-Edelstahl finden sich jedoch in Reaktoren und anderen Industrieanlagen in der Chemie-, Düngemittel-, Petrochemie-, Energie- sowie Zellstoff- und Papierindustrie. In den meisten Anwendungen gelten Duplex-Edelstähle als kostengünstiges Alternativmaterial, das die Lücke zwischen gängigen austenitischen Stählen wie 316L und höheren Legierungen schließt.
Obwohl allgemein davon ausgegangen wird, dass Duplexlegierungen wegen ihrer Beständigkeit gegen Korrosion durch chemische Produkte verwendet werden, ist dies vor allem bei Medien mit Heißwasserlösungen wichtig, bei denen austenitische Edelstähle keine ausreichende Beständigkeit gegen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion aufweisen.
2. AL-6XN
Die AL-6XN-Legierung ist ein superaustenitischer Edelstahl, der von der Allegheny Ludlum Company in den Vereinigten Staaten entdeckt wurde. Es weist eine höhere Beständigkeit gegenüber Lochfraß, Spaltkorrosion und Druckspaltkorrosion gegenüber Chloridionen auf als die Standardlegierung der Serie 300 und ist korrosionsbeständiger als herkömmliche Legierungen auf Nickelbasis. Die Legierungskosten sind niedrig.
In Edelstahl weisen Cr, Mo, Ni und C jeweils eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber unterschiedlichen Medien auf. Cr steht für Korrosionsbeständigkeit in natürlichen und oxidierenden Umgebungen. Die Erhöhung des Gehalts an Cr, Mo und Ni erhöht die Beständigkeit gegen Lochfraß. Nickel sorgt für eine austenitische Struktur. Nickel und Molybdän erhöhen die Fähigkeit zur Druckspaltkorrosion und die Beständigkeit gegen Chloridionen. Reduzieren Sie die Korrosionsbeständigkeit der Umgebung.
Die Legierung AL-6XN mit hohem Nickelgehalt (24 %) und Molybdän (6,3 %) weist eine gute Beständigkeit gegen Druckspaltkorrosion auf. Molybdän hat die Fähigkeit, Lochfraßkorrosion durch Chloridionen zu widerstehen. Nickel erhöht die Beständigkeit gegen Lochfraß zusätzlich und bietet eine höhere Festigkeit als 300 austenitischer Edelstahl. Daher wird es häufig in dünneren Teilen von Geräten verwendet. Die höheren Anteile an Chrom, Molybdän und Nickel in AL-6XN sorgen auch für Korrosionsbeständigkeit beim Formen und Schweißen des Edelstahls.
Hohe Chrom-, Molybdän-, Nickel- und Stickstoffgehalte sorgen dafür, dass AL-6XN eine gute Beständigkeit gegen Lochfraß- und Spaltkorrosion durch Chloridionen aufweist, wodurch AL-6XN in vielen Umgebungen eingesetzt wird, beispielsweise in Lebensmitteln, Meerwasser oder anderen Chemikalien Umgebungen.
7. Metallverbundwerkstoffe
Obwohl spezielle Metallwerkstoffe eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen, sind sie auch relativ teuer, was einer der Gründe dafür ist, dass einige von ihnen nicht in großem Maßstab gefördert werden können. Allerdings hat die Metallverbundtechnologie diese speziellen Metallwerkstoffe andererseits gefördert. Anwendungen.
Metallverbundwerkstoffe sind neue Metallwerkstoffe, die durch unterschiedliche Verarbeitungstechniken aus mehreren Metall- oder Legierungskomponenten wie a, b und c zusammengesetzt werden. Jede Schnittstelle bildet eine Reihe von Metallbindungen und weist die gleiche oder eine bessere Leistung auf als das ursprüngliche Einzelmetallmaterial. . Es ist weder a noch b (oder c). Es vereint die Vorteile einzelner Komponenten und überwindet die Leistungsmängel einzelner Komponenten. Es optimiert nicht nur das Materialdesign, sondern verkörpert auch das Prinzip des rationellen Materialeinsatzes. Sie ist eine der aktuellen Entwicklungsrichtungen der Materialwissenschaft und -technik.
Zu den Compoundierungsmethoden gehören: Explosionscompoundierung, Explosionswalzcompoundierung und Rollcompoundierung. Heutzutage verwenden die meisten inländischen Methoden die Explosionsmischung.
Zu den Verbundwerkstoffarten gehören: Verbundplatten (zweischichtig, dreischichtig), Verbundstäbe und Verbundrohre.
Vorteil:
Angemessene Kombination und Verhältnis der Eigenschaften von Verkleidungsmaterialien und Grundmaterialien;
Bestimmen Sie das Dickenverhältnis der beiden Materialien nach Bedarf;
Sparen Sie wertvolle und seltene Metalle und senken Sie die Ausrüstungskosten;
Reduzieren Sie die Dicke des Strukturdesigns oder erhöhen Sie die strukturelle Betriebsbeanspruchung.
Derzeit verfügt das Land über relevante nationale Normen für Verbundwerkstoffe, wie GB8547-87 „Titanium-Steel Composite Plate“, GB8546-87 „Titanium-Stainless Steel Composite Plate“, JB4733-94 „Explosive Edelstahl-Verbundstahlplatte für Druckbehälter“ usw.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass spezielle Metallmaterialien aufgrund ihrer guten Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitungsleistung die Korrosionsbeständigkeitsanforderungen der Produktionsanlagen der Hersteller in hohem Maße erfüllen und die Korrosionsbeständigkeit der Anlagen verbessern können. In den letzten Jahren haben ihre Förderung und Anwendung in China bestimmte Ergebnisse erzielt. Angesichts der rasanten Entwicklung der chinesischen Wirtschaft, insbesondere der allmählichen Bildung des Musters der globalen wirtschaftlichen Integration und des Beitritts Chinas zur WTO, besteht jedoch ein enormer Spielraum für die Entwicklung inländischer Spezialmetallmaterialien (einschließlich des Eintritts in den internationalen Markt), der jedoch erforderlich ist relevanten nationalen Branchenmanagementabteilungen. Entwickeln Sie notwendige Standards und zugehörige Richtlinien und Vorschriften, um die Entwicklung der gesamten Branche zu fördern.
