金属在工业介质中的腐蚀与保护.docx

第六章金届在工业介质中的腐蚀与保护§1酸、碱、盐介质中的腐蚀在石油、化工、化纤、湿法冶金以及其它许多工业部门的生产过程中，都离不开酸、碱、盐由丁它们对金届材料腐蚀性极强，如果在设计、选材、操作中稍不合理，都会导致金届设备的严重损坏因此，了解酸、碱、盐介质中的金届腐蚀特点和规律，对延长设备使用寿命和保证正常生产是非常重要的一酸溶液中的腐蚀在酸溶液环境中，对介质腐蚀性的主要影响因素是pH、氧化性（或还原性）以及阴离子的种类，其他还有酸的浓度、温度、气相封闭状态等影响因素从热力学来看，金届在酸溶液中的腐蚀在很大程度上依赖丁氢离子浓度一般认为氢离子浓度上升时，由丁氢离子的放电，阴极反应速度加快，或由丁溶液的酸度增加，金届表面膜的溶解度上升，因而使金届的腐蚀速度增加另外，溶液的氧化还原性也影响金届的腐蚀由氧化剂还原所产生的阴极去极化反应会促进腐蚀，但在另一些情况下，由丁发生钝化而抑制了腐蚀例如，硝酸是氮的最高氧化态化合物，具有强烈的氧化作用，是一种典型的氧化性酸在一定浓度范围内，当氧化性酸浓度增加时，加速了氧化剂的阴极还原过程，因而腐蚀加速但是当氧化性酸浓度超过某一临界值时，使金届进入钝态，反而抑制了腐蚀。

因此，酸溶液的腐蚀性一方面与酸的强弱，即氢离子的浓度有关，同时也依赖丁酸的阴离子氧化性程度所以，酸分氧化性酸和非氧化性酸，一般盐酸是非氧化性酸，硝酸和浓硫酸是氧化性酸铁和钢在氧化及非氧化性酸中腐蚀规律的对比如书中表5-2所示：表5-2铁和钢在氧化及非氧化性酸中腐蚀规律的对比酸类主要因素'、非氧化性酸氧化性酸酸浓度增大金届的溶解速度增大往往在一定浓度卜出现溶解速度极化主要阴极去极化过程的届性氢离子还原去极化氧化剂去极化（酸根阴离子还原）如NO3—+2H*TNO厂+H2O氧通入速度增加由丁氧去极化的影响，腐蚀速度增加，尤其在酸浓度不局时更为显著由丁高浓度的去极化剂一一氧化性酸存在故无影响活性H-离子浓度增加影响不大，因为金届已处丁钝化状态由丁有可能从钝态转变为活态而广生强烈影响合金中阴极性杂志增加腐蚀速度随阴极杂质面积增加而剧增或：影响较弱（由氧扩散控制）或：由丁阴极*屯化使腐蚀速度随阴极性杂质的均匀而减小[19]-241:大多数严重的腐蚀都涉及到无机酸及其衍生物，无机酸中以硫酸、硝酸、盐酸三种用量最广，由它们引起的腐蚀破坏和损失也处丁重要地位，下面将分别来讨论1.硫酸纯净的硫酸是无色、无味；粘滞状的液体。

市售硫酸通常浓度为98%高浓度的硫酸是一种强氧化剂，它能使不少具有钝化能力的金届进入钝态，因而这些金届在浓硫酸中腐蚀速度很低低浓度的硫酸则没有氧化能力，仅有强酸性的作用，其腐蚀性很大硫酸的腐蚀性取决丁许多因素，最主要的是温度与浓囹L47快的腐蚀速度与破酸质量分数的关系度，然而其它的一些因素如氧化还原剂的存在、流速、悬:浮固体物等；也能影响硫酸对各种材料的耐蚀性8】—152:铁在硫酸中的腐蚀速度与浓度的关系见图10—7在稀硫酸中，腐蚀速度随硫酸浓度的增大而增加，当WH2SO4达至U50%时，由丁钝化作用，腐蚀速度迅速下降，最后达到最低值但酸浓度超过100%以后，随过剩SO3含量的增加，腐蚀速度乂开始增大，在一定浓度时出现第二个最大值，SO3含量继续增加，腐蚀速度乂下降作为耐硫酸用的材料，广泛被采用的金属是铅和铅合金以及碳钢它们的耐蚀性范围刚好可以相互补充分别使用这两种材料就可以适应硫酸的广泛的浓度和温度范围图7—1和图7—2表小了铁和铅的腐蚀速度与硫酸浓度的关系由图可见，低丁70%浓度的硫酸对碳钢的腐蚀极严重，而碳钢在室温下对高丁70%浓度的硫酸却有足够好的耐蚀性，因此钢铁材料可用丁制造浓度为70%〜100%的浓硫酸的储罐与运输管线。

而浓度小丁70%的硫酸可以用铅制的设备储运碳钢通常也可以用丁浓度超过101%的中温发烟硫酸，但应注意两个问题：一是硫酸是一种强吸水剂，暴露丁空气中会因吸水而自动稀释，从而进入高腐蚀区；其二是钢铁材料在硫酸中所生成的粘附性良好的硫酸盐保护膜(FeSO4)易受溶液流动冲刷等机械作用而破坏O网酣0000汹^86422U4060M川图7-1碳钢的腐蚀速度与硫酸浓度的关(20C)图7-2铅的腐蚀速度.与硫醪浓度的关系图7-3在硫酸中碳钢的腐蚀与浓度和温度的关系钢和铅之所以耐硫酸腐蚀，都是因为表面上生成粘结性好的FeSO4或PbSO4保护膜，这些硫酸盐膜在强氧化性环境中被氧化，通常变为钝态的氧化膜下面再进一步讨论钢的腐蚀与硫酸的浓度和温度的关系图7一3是一幅表明硫酸浓度、温度与腐蚀速度之间的关系的等腐蚀图，图中的曲线为钢的等腐蚀速度曲线，曲线分别代表0.1、0,5、1、5mm/a图中示出，碳钢在任何温度下都不宜在浓度约65%以下的硫酸中使用；在高丁70%的硫酸中，根据温度情况可考虑使用碳钢；浓度在100%以下，温度超过80C时，碳钢腐蚀速度达1〜5mm/a,一般不宜再使用在101%附近浓度硫酸中碳钢的腐蚀速度较高，但该区的数据尚不够充分，故用虚线表示。

流速对腐蚀速度有很大影响，表7-1示出了输送硫酸时流速对钢管寿命的影响浓硫酸中充气对钢的腐蚀没有影响，因为浓酸本身就具有氧化性浓酸中带进空气泡时，空气泡沿着管子顶部流动则会产生冲刷破坏作用^71疏酸辑遂曾的寿命与■酸液度（用质■分数表示）的关系硫酸的质量分数施速*s"1寿命席0930+1100.&8柄3】50.9311S0.931-75〜8A03〜5a982.0K50.993.61铅在低浓度硫酸中，腐蚀速度小丁0.1mm/a,但随温度和浓度增加，腐蚀速度上升在浓酸中腐蚀很快，这是因为硫酸铅表面膜溶丁浓酸过去一个时期曾认为在硫酸浓度小丁85%的范围内铅有很好的耐蚀性，故曾得到广泛应用，然而目前由丁铅太软，有蠹以及焊接困难等原因，已很少使用另一个常用丁硫酸中的材料是高硅铸铁，含有约14.5%Si的铸铁对丁各种浓度的硫酸在沸点以下的各个温度范围内都有极好的耐蚀性图7-4为高硅铸铁的等腐蚀图，腐蚀速度通常小丁0.13mm/a但高硅铸铁不宜用丁发烟图7-4在硫酸中高硅铸铁的腐蚀与浓度和温度的关系硫酸中（亦即浓度100%以上的酸）高硅铸铁在硫酸中丁表面生成了一层耐磨性很好的钝化膜，甚至在磨蚀十分严重的酸性泥浆中也能使用，可用丁制造泵；阀、换热器、硫酸浓缩器加热管、槽出口等等。

其缺点为硬而脆，不耐剧烈的温度变化Durimet20合金是为了在硫酸中使用而发展起来的一种铸态合金，它可用丁硫酸的全部浓度范围，在发烟硫酸中的耐蚀性也非常好其成分为：＜0.07%C,29%Cr,20%Ni,3.25%Cu,2.25%Mo硫酸对不锈钢的腐蚀作用与酸中共存的氧化剂有很大关系在不含别的氧化剂的硫酸中，能够自钝化的范围仅限丁低浓度的稀硫酸和具有氧化性的高浓度的硫酸在中间浓度的范围内，必须在硫酸中有溶解氧或与其它氧化剂共存的条件下，才能发挥不锈钢的钝态耐蚀性图7-5表示18-8不锈钢在5%H2SO4,60C时的阳极极化曲线和钢表面上的Fe3+离子阴极极化曲线Fe3+的浓度为0.054g/L时，不锈钢处图7-518-8不锈钢在旎酸中的阳极极化曲线及Fb十的阴极极化曲线（5^HaSO4,60T,［饱和，静置）丁稳定的钝态，耐蚀性良好；Fe3+的浓度为0.01g/L时，不锈钢不能自钝化而处丁活化态，因而不耐蚀因此，不锈钢在硫酸中的耐蚀性取决丁不锈钢本身的阳极溶解行为及共存的氧化剂的阴极还原行为的相对关系在中等浓度的稀硫酸中，对奥氏体不锈钢而言，只有含Mo的奥氏体不锈钢才是可用的，其中性能较好的有OCr23Ni28N03Cu3Ti。

某些锐基合金，如哈氏合金825（Hastelloy825）可以在一个很宽的浓度范围内应用丁硫酸介质中铜与铜基合金一般不太应用丁硫酸，它们对氧化性条件很敏感铝宵铜因有较好的耐磨蚀性,适用丁炼油厂处理含碳质泥渣的硫酸的设备皓可应用丁热硫酸介质中，但硫酸浓度不得高丁60%2.盐酸盐酸是对材料腐蚀性最强的强酸之一，多数常用金届和合金对它都难以应付盐酸中如果同时存在空气或其它氧化剂，腐蚀环境条件就变得更为恶劣含有一定量三氯化铁（或氯化铜）的热浓盐酸已成为工业金届及许多非金届材料至今难以填补的选材空白’图7-8各种金属在浓度为18-3g/L的盐幌中的阳极极化曲统（2§匚，含空气）1—Pfr氏台金B点一略氏台金Ci，一不情钢铜蚊在盐酸中的腐械速度与隧度的关系盐酸的强腐蚀性看来有两个原因：①除银等少数金届外，大多数金届或合金在盐酸中都不会像在硫酸中那样生成难溶的金届盐表面保护层；②盐酸的阴离子是活性很强的氯离子，除了钛等少数钝性优异的金届外，金届的表面钝化膜在盐酸中都会受到氯离子的破坏而发生点蚀碳钢或低合金钢一般不图7-7能用丁盐酸介质中，图7-7表示了钢铁腐蚀速度随盐酸浓度成指数关系增加在有些情况下，厚壁铸铁设备用丁处理盐酸蒸气，但当蒸气凝聚在某些部位时，就产生严重的腐蚀问题。

对丁可以用电化学方法或化学方法进行钝化处理的金属材料来说，在盐酸中往往钝态区很狭窄或完全不存在钝态区，如图7—8所小由丁以上这些原因，耐盐酸腐蚀的金届材料仅限丁钥、皓等具有极强的钝化膜的特殊金届，以及铜、钳、锐等热力学性质稳定的金届为基的合金图7-9表示在沸腾盐酸中各种金届的腐蚀速度与盐酸浓度的关系：在考虑盐酸的腐蚀性时，弄活是否有溶解氧或其它氧化剂共存是很重要的当盐酸中存有氧化剂时，铜、钳、锐基合金的腐蚀速度急增当盐酸浓度高时，阴极反应成为氢电极反应，虽然腐蚀电位低，还显示出耐蚀性；相反，盐酸浓度低时，氧的还原反应占优势，腐蚀电位上升，腐蚀速度加快在后者的情况下，往往用含铭高的哈氏（Hastelloy）合金C（图7-8）®7-9各伸金属的喉蚀速度与抗酸液度的关系z.EE、展蜩罢餐Mguct酬7-1沸腾盐酸中铁的腐蚀量和戡度的关系＜24h）钛的钝态仅在极低浓度范围的沸腾盐酸水溶液中才能保持，见图7—10钛一车巴合金在氢离子阴极还原反应下就能钝化，因而耐盐酸腐蚀性能大幅度提高图7—11是在盐酸中的Nelson腐蚀图，该图总结了在各种温度和浓度的盐酸中可适用的材料（见表7—3）0D102C30图7-11材料对捻酸的耐蚀性（腐烛速度小于5mm/a.）一般可以把金届和合金分成三类：①可以适用于大多数盐酸介质条件的材料，②可在特殊条件下使用，用时要慎重；③一般不适用丁盐酸介质，只在酸浓度极低的情况下使用。

届丁第一类的材料有哈氏合金B和C、Chlorimet2锐钳合金、车告、钳等第二类中有铜、宵铜、Monel合金、锐、Inconel合金、高硅铁、316不锈钢，这些材料仅能在一定条件下使用，不能用丁热盐酸第三类的有碳钢、铸铁、铝和铝合金、铅和铅合金、黄铜以及只含铭的不锈钢等材料，它们很少用丁盐酸介质中表7-3S7-11中各区所代褰的材料融制一一_——|一Chlod7n«t2««含金，哈氏金；二第乙烽.■胶.硅青胡（不含空气，《不含号§】弟以下的HCI）«ChlmimW帕含金，琥■，虬新也喑氏氏三二,乙％蝶廉，硅青铝（不含做帕，7SCh】mmetWl•相含金,戚声，银.铅，蛆，略氐合国料，素偏二堀乙株胶，帼，情，不透性石股Chlorimet镣翱合金.琥*根，帕,R哈氐合S含空气，Q.sXHCl以下L雄+不透性石最・4rj&（7址由墙短曲盘击Jl\干A.Eimn，・）图7-12碳钢CO.3%C）的腐蚀速度与硝酸浓度的关系61环皿：径惨帽舍金*破■.槌,。