耐蚀材料在无机化工生产中的应用

甘振杰

[中科认证技术服务（广州）有限公司，广东广州 510650]

随着科学技术的发展，无机化工产品的种类越来越多，在不断发展的过程中，对材料的要求也越来越高，特别是对腐蚀性的要求。因此，无机化工产品必须具有良好的耐腐蚀性能[1]。目前，国内外对无机化工产品的耐腐蚀性能研究主要集中在表面活性剂、阻燃剂、防腐剂、润滑剂等方面。其中表面活性剂是影响无机化工产品耐腐蚀性能的重要因素之一。现阶段，无机化工产品的耐腐蚀性能主要通过添加表面活性剂来实现。但是，表面活性剂在无机化工产品中的应用存在一定的局限性，不能满足高性能无机化工产品的需求。在这种背景下，耐腐蚀是无机化工生产中一个重要的环节，它直接影响产品的质量和使用寿命，对腐蚀问题的研究也是无机化工发展的必然趋势。

1 无机化工生产中产生的腐蚀情况

伴随时代的飞跃，无机化工行业发展迅速，各种新型材料不断涌现，对无机化工的腐蚀问题提出了新的挑战[2]。目前，我国已成为世界上最大的有机化工生产国，产品种类繁多，应用领域广泛，造成的腐蚀种类较多，其中最为突出的是均匀腐蚀、石墨化腐蚀、磨损腐蚀。这些腐蚀形式的发生，不仅严重影响了设备的正常运行，而且还会造成设备的损坏。因此，加强设备的腐蚀防护工作，保证设备的安全运行，是提高企业经济效益的重要措施。

1.1 均匀腐蚀

均匀腐蚀是指无机化工生产过程中，介质与金属产生的化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀指的是无机酸、碱、盐甚至工业大气等在金属表面产生的腐蚀。不锈钢、钛、铝等金属腐蚀后能生成致密的腐蚀膜，防止金属进一步腐蚀，因此也称钝化膜；但其他金属生成的腐蚀产物膜不够致密，甚至呈多孔状，反而促进金属进一步腐蚀。电化学腐蚀则由于无机化工产品和原料多为强电解质，如长期同时接触两种以上不同电位的金属，两种金属间会产生原电池反应，使得较为活泼的金属表面产生腐蚀。

1.2 石墨化腐蚀

石墨化腐蚀是指在无机化工生产过程中，由于原料中存在大量的碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁等物质，这些物质在高温条件下发生化学反应，生成碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐沉淀物，从而引起金属表面的腐蚀。石墨化腐蚀最重要的原因是石墨的表面缺陷，主要是由于石墨表面氧化膜的破坏所致。石墨化腐蚀的发生是一个缓慢的过程，一般需要几年甚至几十年的时间。石墨化腐蚀的发生，主要是由于石墨的化学成分发生了变化，导致石墨的性能发生了变化。例如，碳化物的存在会降低石墨的抗腐蚀性能，而碳化物的含量越高，则越容易发生腐蚀。此外，还有一些物质，如金属离子、有机物等，也会影响石墨的性能。石墨化腐蚀会增加钢材的表面粗糙度，降低钢材的强度，并且会导致钢材的脆性增加。

1.3 磨损腐蚀

磨损腐蚀是由于机械加工、化学处理、物理作用等因素造成的金属表面局部或全部的损伤，使金属表面失去光泽、粗糙、硬度降低、脆性增加，甚至产生龟裂、脱落等现象[4]。用于高速流体管道、泵、阀的腐蚀就属于典型的磨损腐蚀。尤其是当高速流体中存在固相颗粒物时，管、泵、阀的磨损腐蚀会更加严重。另外，设备只要运转，正常的磨损腐蚀不可避免，即便选择较优的材料，随着设备使用年限增加，设备的磨损还是会越来越严重，这时就需要对设备进行维护保养，防止因设备老化导致产品质量的降低，排除安全隐患。

2 无机化工生产中的防腐必要性

在工业化进程中，无机化工产品的腐蚀问题日益突出，严重影响了生产的正常进行。随着无机化工技术的发展，对无机化工产品的腐蚀控制越来越重视，并取得了一定的成效[5]。但是，由于缺乏相应的理论知识和实践经验，在实际工作中往往出现各种问题，严重影响了无机化工行业的健康发展。现阶段，防腐剂的应用主要集中在有机溶剂中，其次是水溶液中。但是，随着环境污染的加剧，有机溶剂的毒性越来越大，已经成为制约有机化工行业可持续发展的重要因素。近年来，国家大力推广无机防腐剂，并将其列为重点发展领域。然而，目前市场上的无机防腐剂产品鱼龙混杂，质量参差不齐，不少企业为了降低成本，采用廉价的化学合成品替代有机防腐剂，导致防腐剂残留超标问题突出。因此，加强无机化工生产中防腐剂的安全性评价势在必行。

3 无机化工生产中腐蚀性对材料选择的影响

3.1 对不锈钢材料选择影响

奥氏体不锈钢是腐蚀性最强的钢种，其次是马氏体不锈钢，再次是铁素体不锈钢。奥氏体不锈钢的耐腐蚀性主要取决于钢中碳含量的多少，碳含量越高，耐腐蚀性越好。奥氏体不锈钢具有良好的塑性，可焊性好，焊接接头强度高，焊接性能优良。奥氏体不锈钢的化学成分为CR18NI9TI，含碳量为0.5%～1.5%，相对密度为1.35～2.0 g/cm3，屈服强度为950 MPa 左右，延伸率为2.5%～4.5%，硬度为HRC55～45，抗拉强度为200～300 MPa，断裂伸长率为1.5%～4.5%。其中奥氏体不锈钢又以含有钼的 00MO5钢为代表。由于含钼量高，所以具有良好的耐腐蚀性能、抗氧化性能和高的机械强度。00MO5不锈钢拥有良好的抗腐蚀性，但在酸性介质中会出现明显的腐蚀现象。因此，对于这类材料，应尽量避免使用。对于其他类型的不锈钢，如镍铬合金、钛合金等，也不宜采用此种方法。因为它们的耐腐蚀性较差，在酸性介质中容易发生化学反应，造成材料的损坏。此外，不锈钢还具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和电绝缘性能，因此，其是一种理想的绝缘材料。

双相不锈钢是一种耐腐蚀性较好的材料，但在高温条件下，会出现脆性断裂，这种脆性断裂会导致不锈钢材料的使用寿命大大缩短。因此，不锈钢材料应该采用低温焊接工艺，以延长不锈钢材料的使用寿命。焊接温度一般控制在200℃左右，焊接时间不宜超过2 min。如果不能保证焊接温度，可尽量避免与酸性物质接触，尤其是含有硫酸盐的化学物质[6]。如果需要接触，必须采取措施防止腐蚀。RE60和CD4MCU铸造不锈钢是双相不锈钢的一种，它们的耐腐蚀性差异很大。这两种不锈钢都具有良好的耐腐蚀性，但RE60和CD4MCU 铸造的不锈钢在高温下会产生一定程度的腐蚀，但它们的耐腐蚀性不会超过0.5级。然而，由于RE60和CD4MCU 铸造的不锈钢具有较高的强度，因此它们可以承受更高的温度。因此，如果在使用过程中发生泄漏，RE60和CD4MCU 铸造的不锈钢将不会出现任何问题。这种材料具有良好的耐腐蚀性，并且在长期使用中不会产生裂纹。并且，双相不锈钢具有较好的耐晶间腐蚀能力，但由于氯化物的侵蚀性较弱，在应力较低时，其抗应力腐蚀性能的优越性反而更明显。

3.2 对钛材料选择的影响

钛具有较强的自钝能力并且在高温条件下易产生氧化膜，因此，钛材料的耐腐蚀性不如不锈钢材料。钛合金的耐腐蚀性主要取决于其表面涂层的性能，涂层的种类和厚度直接影响钛合金的耐腐蚀性。比以前采用碳钢制成冷凝器的装置，钛合金设备可以使用超过10 a。另外，阀门是无机化工领域重要的设备，阀门有截止阀、闭式阀、球阀和螺旋塞等，主要的材料有不锈钢、钛和铸铁。根据实际使用的资料，一般用胶膜阀及铸铁阀的寿命只有3个月左右，而且，铸铁阀的铁料抗腐蚀性更差，而且其较重，产生的泄漏与化工生产过程中常规化工装置中所存在的问题具有一定的共性和不可逆性。而钛合金材质的阀门则表现出优异的内腐蚀、抗磨损的性能，能有效地保护化工设备不受腐蚀。钛材质的阀门具有良好的耐腐蚀性能，在高温环境下也不会出现氧化现象，因此钛材质的阀门在化工行业内被广泛应用。目前市场上常见的钛材质阀门主要有不锈钢、钛合金、钛金属、陶瓷等。

从目前钛材料在化工生产设备中的应用情况来看，钛材料的腐蚀性主要来自其表面的氧化膜，而这种氧化膜的形成是通过化学反应的方式实现的，所以钛材料的腐蚀性主要来自氧化膜[7]，而这种氧化膜的形成是通过化学反应的方式实现的，所以钛材料的腐蚀性主要来自化学反应。在腐蚀性介质或浸蚀、冲刷两种介质中，钛材料制成的静止装置或传动装置使用寿命都较长，这些成果对化工企业具有较高的经济、社会效益。

3.3 对非金属材料选择影响

耐蚀塑料主要分为热塑性和热固性两大类，其中热塑性塑料的耐蚀性最好，热固性塑料次之，热塑性塑料有聚氯乙烯和聚丙烯，热固性塑料有聚苯乙烯和聚乙烯，热处理过的塑料有聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺等。这些材料在加工过程中，会产生大量的热量，这些热量会导致材料的温度升高，从而引起材料的老化。因此，在选择塑料时，应注意选择不含增塑剂的塑料。化工设备制造时需通过热处理，以提高塑料的性能。在使用过程中，应避免高温，防止产生裂纹。此外，还应注意塑料的表面粗糙度，以保证其耐磨性。耐蚀塑料主要用于管道、管件、容器、仪表、电缆、阀门、仪表等，在这些领域中，腐蚀性对材料的选择有很大的影响。因此，在进行材料选择时，应考虑材料的耐蚀性。

玻璃钢是一种具有良好耐腐蚀性的材料，但在高温条件下，会出现脆性断裂，这种脆性断裂会导致玻璃钢的使用寿命大幅降低。因此，玻璃钢材料应尽量选用耐腐蚀性好的材料，如不锈钢、镍铬合金、钛合金等。另外，玻璃钢材料的表面光洁度要求较高，一般要求达到镜面效果。玻璃钢材料的强度和韧性都比较好，可以满足建筑工程的需要。玻璃钢材料具有良好的防腐蚀性能，可以用于各种建筑物的防腐蚀处理。耐蚀玻璃钢制品主要有储罐、管道、水泵、电机等，其耐蚀性的好坏直接影响到它们的使用寿命。需要注意的是选用耐蚀玻璃钢制品时，应根据不同的应用环境选用合适的材料。例如，在潮湿的环境中，应选用耐腐蚀性能好的玻璃钢材料，以防止水汽侵入，造成腐蚀。在高温环境中，应选用耐高温性能好的玻璃钢材料以防止热膨胀引起的变形。

4 结束语

无机化工生产中腐蚀性对材料选择的影响很大，在选择无机化工材料时，应考虑腐蚀性的影响，以确保产品的安全性。随着科学技术的发展，对无机化工材料的要求越来越高，因此，无机化工材料的选择必须根据不同的应用环境来进行，这样才能保证产品的质量。