耐蝕材料在無機化工生產中的應用

甘振杰

[中科認證技術服務（廣州）有限公司，廣東廣州 510650]

隨著科學技術的發展，無機化工產品的種類越來越多，在不斷發展的過程中，對材料的要求也越來越高，特別是對腐蝕性的要求。因此，無機化工產品必須具有良好的耐腐蝕性能[1]。目前，國內外對無機化工產品的耐腐蝕性能研究主要集中在表面活性劑、阻燃劑、防腐劑、潤滑劑等方面。其中表面活性劑是影響無機化工產品耐腐蝕性能的重要因素之一。現階段，無機化工產品的耐腐蝕性能主要通過添加表面活性劑來實現。但是，表面活性劑在無機化工產品中的應用存在一定的局限性，不能滿足高性能無機化工產品的需求。在這種背景下，耐腐蝕是無機化工生產中一個重要的環節，它直接影響產品的質量和使用壽命，對腐蝕問題的研究也是無機化工發展的必然趨勢。

1 無機化工生產中產生的腐蝕情況

伴隨時代的飛躍，無機化工行業發展迅速，各種新型材料不斷涌現，對無機化工的腐蝕問題提出了新的挑戰[2]。目前，我國已成為世界上最大的有機化工生產國，產品種類繁多，應用領域廣泛，造成的腐蝕種類較多，其中最為突出的是均勻腐蝕、石墨化腐蝕、磨損腐蝕。這些腐蝕形式的發生，不僅嚴重影響了設備的正常運行，而且還會造成設備的損壞。因此，加強設備的腐蝕防護工作，保證設備的安全運行，是提高企業經濟效益的重要措施。

1.1 均勻腐蝕

均勻腐蝕是指無機化工生產過程中，介質與金屬產生的化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕指的是無機酸、堿、鹽甚至工業大氣等在金屬表面產生的腐蝕。不銹鋼、鈦、鋁等金屬腐蝕后能生成致密的腐蝕膜，防止金屬進一步腐蝕，因此也稱鈍化膜；但其他金屬生成的腐蝕產物膜不夠致密，甚至呈多孔狀，反而促進金屬進一步腐蝕。電化學腐蝕則由于無機化工產品和原料多為強電解質，如長期同時接觸兩種以上不同電位的金屬，兩種金屬間會產生原電池反應，使得較為活潑的金屬表面產生腐蝕。

1.2 石墨化腐蝕

石墨化腐蝕是指在無機化工生產過程中，由于原料中存在大量的碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂等物質，這些物質在高溫條件下發生化學反應，生成碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽沉淀物，從而引起金屬表面的腐蝕。石墨化腐蝕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壞所致。石墨化腐蝕的發生是一個緩慢的過程，一般需要幾年甚至幾十年的時間。石墨化腐蝕的發生，主要是由于石墨的化學成分發生了變化，導致石墨的性能發生了變化。例如，碳化物的存在會降低石墨的抗腐蝕性能，而碳化物的含量越高，則越容易發生腐蝕。此外，還有一些物質，如金屬離子、有機物等，也會影響石墨的性能。石墨化腐蝕會增加鋼材的表面粗糙度，降低鋼材的強度，并且會導致鋼材的脆性增加。

1.3 磨損腐蝕

磨損腐蝕是由于機械加工、化學處理、物理作用等因素造成的金屬表面局部或全部的損傷，使金屬表面失去光澤、粗糙、硬度降低、脆性增加，甚至產生龜裂、脫落等現象[4]。用于高速流體管道、泵、閥的腐蝕就屬于典型的磨損腐蝕。尤其是當高速流體中存在固相顆粒物時，管、泵、閥的磨損腐蝕會更加嚴重。另外，設備只要運轉，正常的磨損腐蝕不可避免，即便選擇較優的材料，隨著設備使用年限增加，設備的磨損還是會越來越嚴重，這時就需要對設備進行維護保養，防止因設備老化導致產品質量的降低，排除安全隱患。

2 無機化工生產中的防腐必要性

在工業化進程中，無機化工產品的腐蝕問題日益突出，嚴重影響了生產的正常進行。隨著無機化工技術的發展，對無機化工產品的腐蝕控制越來越重視，并取得了一定的成效[5]。但是，由于缺乏相應的理論知識和實踐經驗，在實際工作中往往出現各種問題，嚴重影響了無機化工行業的健康發展。現階段，防腐劑的應用主要集中在有機溶劑中，其次是水溶液中。但是，隨著環境污染的加劇，有機溶劑的毒性越來越大，已經成為制約有機化工行業可持續發展的重要因素。近年來，國家大力推廣無機防腐劑，并將其列為重點發展領域。然而，目前市場上的無機防腐劑產品魚龍混雜，質量參差不齊，不少企業為了降低成本，采用廉價的化學合成品替代有機防腐劑，導致防腐劑殘留超標問題突出。因此，加強無機化工生產中防腐劑的安全性評價勢在必行。

3 無機化工生產中腐蝕性對材料選擇的影響

3.1 對不銹鋼材料選擇影響

奧氏體不銹鋼是腐蝕性最強的鋼種，其次是馬氏體不銹鋼，再次是鐵素體不銹鋼。奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性主要取決于鋼中碳含量的多少，碳含量越高，耐腐蝕性越好。奧氏體不銹鋼具有良好的塑性，可焊性好，焊接接頭強度高，焊接性能優良。奧氏體不銹鋼的化學成分為CR18NI9TI，含碳量為0.5%～1.5%，相對密度為1.35～2.0 g/cm3，屈服強度為950 MPa 左右，延伸率為2.5%～4.5%，硬度為HRC55～45，抗拉強度為200～300 MPa，斷裂伸長率為1.5%～4.5%。其中奧氏體不銹鋼又以含有鉬的 00MO5鋼為代表。由于含鉬量高，所以具有良好的耐腐蝕性能、抗氧化性能和高的機械強度。00MO5不銹鋼擁有良好的抗腐蝕性，但在酸性介質中會出現明顯的腐蝕現象。因此，對于這類材料，應盡量避免使用。對于其他類型的不銹鋼，如鎳鉻合金、鈦合金等，也不宜采用此種方法。因為它們的耐腐蝕性較差，在酸性介質中容易發生化學反應，造成材料的損壞。此外，不銹鋼還具有良好的機械性能、耐腐蝕性能和電絕緣性能，因此，其是一種理想的絕緣材料。

雙相不銹鋼是一種耐腐蝕性較好的材料，但在高溫條件下，會出現脆性斷裂，這種脆性斷裂會導致不銹鋼材料的使用壽命大大縮短。因此，不銹鋼材料應該采用低溫焊接工藝，以延長不銹鋼材料的使用壽命。焊接溫度一般控制在200℃左右，焊接時間不宜超過2 min。如果不能保證焊接溫度，可盡量避免與酸性物質接觸，尤其是含有硫酸鹽的化學物質[6]。如果需要接觸，必須采取措施防止腐蝕。RE60和CD4MCU鑄造不銹鋼是雙相不銹鋼的一種，它們的耐腐蝕性差異很大。這兩種不銹鋼都具有良好的耐腐蝕性，但RE60和CD4MCU 鑄造的不銹鋼在高溫下會產生一定程度的腐蝕，但它們的耐腐蝕性不會超過0.5級。然而，由于RE60和CD4MCU 鑄造的不銹鋼具有較高的強度，因此它們可以承受更高的溫度。因此，如果在使用過程中發生泄漏，RE60和CD4MCU 鑄造的不銹鋼將不會出現任何問題。這種材料具有良好的耐腐蝕性，并且在長期使用中不會產生裂紋。并且，雙相不銹鋼具有較好的耐晶間腐蝕能力，但由于氯化物的侵蝕性較弱，在應力較低時，其抗應力腐蝕性能的優越性反而更明顯。

3.2 對鈦材料選擇的影響

鈦具有較強的自鈍能力并且在高溫條件下易產生氧化膜，因此，鈦材料的耐腐蝕性不如不銹鋼材料。鈦合金的耐腐蝕性主要取決于其表面涂層的性能，涂層的種類和厚度直接影響鈦合金的耐腐蝕性。比以前采用碳鋼制成冷凝器的裝置，鈦合金設備可以使用超過10 a。另外，閥門是無機化工領域重要的設備，閥門有截止閥、閉式閥、球閥和螺旋塞等，主要的材料有不銹鋼、鈦和鑄鐵。根據實際使用的資料，一般用膠膜閥及鑄鐵閥的壽命只有3個月左右，而且，鑄鐵閥的鐵料抗腐蝕性更差，而且其較重，產生的泄漏與化工生產過程中常規化工裝置中所存在的問題具有一定的共性和不可逆性。而鈦合金材質的閥門則表現出優異的內腐蝕、抗磨損的性能，能有效地保護化工設備不受腐蝕。鈦材質的閥門具有良好的耐腐蝕性能，在高溫環境下也不會出現氧化現象，因此鈦材質的閥門在化工行業內被廣泛應用。目前市場上常見的鈦材質閥門主要有不銹鋼、鈦合金、鈦金屬、陶瓷等。

從目前鈦材料在化工生產設備中的應用情況來看，鈦材料的腐蝕性主要來自其表面的氧化膜，而這種氧化膜的形成是通過化學反應的方式實現的，所以鈦材料的腐蝕性主要來自氧化膜[7]，而這種氧化膜的形成是通過化學反應的方式實現的，所以鈦材料的腐蝕性主要來自化學反應。在腐蝕性介質或浸蝕、沖刷兩種介質中，鈦材料制成的靜止裝置或傳動裝置使用壽命都較長，這些成果對化工企業具有較高的經濟、社會效益。

3.3 對非金屬材料選擇影響

耐蝕塑料主要分為熱塑性和熱固性兩大類，其中熱塑性塑料的耐蝕性最好，熱固性塑料次之，熱塑性塑料有聚氯乙烯和聚丙烯，熱固性塑料有聚苯乙烯和聚乙烯，熱處理過的塑料有聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺等。這些材料在加工過程中，會產生大量的熱量，這些熱量會導致材料的溫度升高，從而引起材料的老化。因此，在選擇塑料時，應注意選擇不含增塑劑的塑料。化工設備制造時需通過熱處理，以提高塑料的性能。在使用過程中，應避免高溫，防止產生裂紋。此外，還應注意塑料的表面粗糙度，以保證其耐磨性。耐蝕塑料主要用于管道、管件、容器、儀表、電纜、閥門、儀表等，在這些領域中，腐蝕性對材料的選擇有很大的影響。因此，在進行材料選擇時，應考慮材料的耐蝕性。

玻璃鋼是一種具有良好耐腐蝕性的材料，但在高溫條件下，會出現脆性斷裂，這種脆性斷裂會導致玻璃鋼的使用壽命大幅降低。因此，玻璃鋼材料應盡量選用耐腐蝕性好的材料，如不銹鋼、鎳鉻合金、鈦合金等。另外，玻璃鋼材料的表面光潔度要求較高，一般要求達到鏡面效果。玻璃鋼材料的強度和韌性都比較好，可以滿足建筑工程的需要。玻璃鋼材料具有良好的防腐蝕性能，可以用于各種建筑物的防腐蝕處理。耐蝕玻璃鋼制品主要有儲罐、管道、水泵、電機等，其耐蝕性的好壞直接影響到它們的使用壽命。需要注意的是選用耐蝕玻璃鋼制品時，應根據不同的應用環境選用合適的材料。例如，在潮濕的環境中，應選用耐腐蝕性能好的玻璃鋼材料，以防止水汽侵入，造成腐蝕。在高溫環境中，應選用耐高溫性能好的玻璃鋼材料以防止熱膨脹引起的變形。

4 結束語

無機化工生產中腐蝕性對材料選擇的影響很大，在選擇無機化工材料時，應考慮腐蝕性的影響，以確保產品的安全性。隨著科學技術的發展，對無機化工材料的要求越來越高，因此，無機化工材料的選擇必須根據不同的應用環境來進行，這樣才能保證產品的質量。