金属材料在通用机械常见腐蚀介质中的选材研究

严则文

（青海盐湖海纳化工有限公司，青海西宁 810000）

金属材料在工业发展中发挥至关重要的作用，呈现出高达90%的应用率，进一步凸显出其研究分析的重要性。金属材料包含繁杂的类型，需要人们科学合理的选材和应用，综合考虑金属腐蚀现象，有效延长机械设备使用寿命，提升劳动生产率。

1.通用机械腐蚀阐述

1.1 常见腐蚀现象

（1）通用机械和多种较强腐蚀性介质进行直接接触，凸显出了严重的腐蚀问题，尤其在高温、高压等条件下造成机械设备金属材料受到快速腐蚀损坏。金属材料受到相关介质的影响，产生损坏的现象称为金属腐蚀[1]。金属锈蚀是人们常见的腐蚀形态，受到腐蚀的情况下，大大降低了金属材料的强度、韧性和塑性等相关力学性能，进而减少了机械设备的实际应用寿命，同时对人们的生命财产安全产生较大威胁，引发一系列火灾安全事故。

（2）通用机械均匀腐蚀是基本腐蚀形态，是机械选择耐腐蚀材料的重要参考给予。设计人员可以结合均匀腐蚀速度和实际使用寿命要求，选择相应的腐蚀裕度。通常情况下通用机械允许的最高均匀腐蚀速度没有相应具体的规定，需要结合机械设备安全性和材料、生产经验等多个方面的相关因素进行全面自能综合性考量。

（3）通用机械中采用大量的不锈钢，晶间腐蚀属于不锈钢的主要腐蚀形态。但是，相关研究人员对于不锈钢晶间腐蚀的具体产生原因、影响因素、预防对策和检验措施等相关方面进行大量研究和分析，逐渐积累了一定的实践经验。因此，晶间腐蚀不再成为不锈钢的主要威胁因素。

（4）人们对通用机械的均匀腐蚀和晶间腐蚀进行合理高效的控制，降低了其在腐蚀损坏中的比例。但是，随着机械设备使用应力水平不断提升，增强用材强度和介质污染程度，逐渐突出了化工中应力腐蚀开裂的严重性，在通用机械腐蚀损坏事故中占据40%～60%的比例，成为通用机械腐蚀中的主要损坏形式。应力腐蚀开裂不易被发现，突然引发一系列严重安全事故[2]。

（5）我们根据相关统计，通用机械腐蚀事故中腐蚀疲劳占据一定比例。往复压缩机和泵的缸体、离心机、高速离心泵的旋转轴、弹簧等经常受到腐蚀介质、交变荷载的联合作用，同时化工压力容器在实际操作中出现低频疲劳，通常容易出现腐蚀疲劳开裂。

（6）通用机械存在点蚀现象，引起金属材料开裂事故。我国化工生产过程中经常出现点蚀现象。例如，醋酸对铝点蚀、含氯介质对钢点蚀、含汞介质对螺钉螺帽和密封面缝隙腐蚀，对不锈钢点蚀等。目前，我国在设计中尽可能避免间隙和在实际应用中提升材质之外，缺乏相应的研究工作。

1.2 危害

通用机械发生腐蚀现场产生严重的危害，金属腐蚀发生在各个部位和每个过程中，造成严重的直接和间接损失。金属材料的应力腐蚀和腐蚀疲劳，经常会引发灾难性重大事故，对生产者产生严重经济损失，同时对人们的生命财产安全待料较大威胁。另外，通用机械腐蚀产生大量的金属损耗，造成大量资源的浪费现象，同时受到腐蚀机械设备产生跑冒滴漏现象，对生产装置的生产周期和机械设备使用寿命产生严重不良影响，增加生产成本，同时会存在有毒物质的泄漏，对自然生态环境产生严重的污染现象，对人类身体健康产生危害。

2.金属材料具体选材

2.1 无机酸选材

（1）无机酸选材的过程中，盐酸呈现出还原性，具有较强的腐蚀性，属于强酸，在无机酸中处理难度较大。使用盐酸介质比较成熟的金属材料，主要包含高镍铸铁、哈氏D、蒙耐尔、因科奈尔、含钼高硅铸铁等适用材料。

（2）磷酸自身的腐蚀性对制造手段、工业最终产品中包含的杂质具有一定的决定性作用。磷酸腐蚀和硫酸存在一定的相似，和硫酸相比具有较小的腐蚀性。相关人员在磷酸介质中选材，需要结合不同磷酸浓度和温度合理选择金属材料。

（3）现阶段，市场上销售的硫酸大多是98%浓度的浓硫酸，属于一种强氧化剂。稀硫酸浓度在93%之下，没有相应的氧化性能，具有强酸的腐蚀性，同时其随着硫酸浓度和温度的变化发生一定转变。铅及铅合金、碳钢与铸铁、高硅铸铁和不锈钢在稀硫酸中具有良好的适用性。浓硫酸的浓度大多都是在93%～98%之间，具有较强的氧化性能，包含低温、高温和较高温浓硫酸。

（4）硝酸具有较强的氧化性，具体氧化性能和其浓度具有直接关系。碳钢在35%浓度硝酸附件，腐蚀速度能够实现最高值，同时硝酸浓度在50%之上的情况下，碳钢被硝酸钝化，腐蚀速度迅速下降；硝酸浓度大于90%的情况下，碳钢腐蚀逐渐增加。碳钢在稀硝酸、浓度80%之上的硝酸中不能使用，主要在40%～80%之间的硝酸浓度中能够达到最佳使用状态。另外，304、304L、347等的相关类型的不锈钢，在硝酸中发生一定的变化，具有优良的耐腐蚀性。室温下各个浓度的硝酸和50%之下沸腾硝酸中，18-8不锈钢呈现出良好的腐蚀性能，但是随着硝酸浓度和温度的不断增加，逐渐降低了其腐蚀性[3]。沸腾硝酸在5%～20%的浓度中，几乎没有腐蚀，当温度在150℃左右的情况下，迅速增加了腐蚀。18-8不锈钢在浓度60%的硝酸，室温时具有绝对耐腐蚀性。

2.2 有机酸选材

金属材料在通用机械常见腐蚀介质中选材的过程中，甲酸属于有机酸中最强的酸之一，具有最大的腐蚀性。碳钢在相应浓度的甲酸中具有严重的腐蚀，304、316型的不锈钢主要是在室温下多种浓度甲酸中呈现出良好耐腐蚀性的材料。但是，316不锈钢仅仅在沸腾甲酸介质浓度大约5%条件下适用；304不锈钢在沸腾甲酸介质浓度大约在1%～2%之间的条件下适用。铜合金和铜在室温达到沸点所有浓度甲酸介质中呈现出优良耐腐蚀性的材料。

另外，乙酸属于非氧化型的有机酸，在室温下具有较小的腐蚀，当温度逐渐上升的情况下，腐蚀程度迅速增高，同时当介质中包含Cu2+或Cl-杂质的情况下，腐蚀现象会出现相应的转变，当乙酸中包含甲酸存在形成混酸的情况下，明显增强了乙酸的腐蚀性。铝属于室温下所有浓度乙酸介质中具有优良耐腐蚀性的材料。青铜、铜在室温至沸点之上的稀酸中能够有效使用，但是存在Cu2+杂质的情况下，就会加剧铜合金腐蚀[4]。304型不锈钢在沸点之下的稀酸中使用，但是介质中存在Cl-杂质的情况下，就会出现点蚀现象。冰醋酸和高温条件下，316型不锈钢能够在全浓度乙酸中使用，属于适用性较高耐腐蚀材料。高硅铸铁、哈氏合金C、20＃合金在高温全浓度乙酸中具有较强的适用性，已经被大规模的应用。

2.3 碱选材

一般情况下，碱包含分蒸发烧碱、离子膜氯碱、黄碱和纯碱等情况，耐碱材料基本要求主要是耐碱蚀无或少铁离子污染，同时不能出现应力腐蚀开裂。碳钢主要在87℃之下的温度和50%浓度之下的烧碱介质中使用，同时需要关注介质对铁离子污染程度的实际要求。现阶段，我国相关工业中大规模采用灰铸铁。但是，该种材料需要在没有任何离子污染的条件下应用。304、316型奥氏体不锈钢在碱液中具有较强的耐腐蚀性，不断增加镍含量，就会有效提升耐腐蚀性能。镍属于处理强碱的良好材料，但是为了防止纯碱出现碱脆现象，钛材在纯碱工业中获得更加广泛的应用，取得良好应用效果。

3.结语

有机酸介质条件下，304、316型不锈钢在室温下的甲酸中具有良好的适用性，铜合金或者铜在全温度、全浓度下的甲酸介质中适用性较高。乙酸介质选材过程中，需要对Cu2+或Cl-杂质进行综合考虑，会加剧腐蚀，产生点蚀现象；介质为无机酸的情况下，金属材料的选择需要对不同温度、浓度腐蚀介质的腐蚀能力、进出材料的耐腐蚀性、脆性、硬度和价格进行综合性考量；介质为碱的情况下，金属材料选择需要全面考虑其耐腐蚀性、无或少铁离子污染且不能产生应力腐蚀开裂。