镍和镍合金耐腐蚀性分析资料.pdf

镍和镍合金耐腐蚀性分析 马国印 * (河南神马尼龙化工有限责任公司 ) ?? ? 摘? 要? 介绍了镍和镍合金的分类, 镍合金的化学成分,各类镍合金耐腐蚀性能 及与其它材料耐腐蚀性能的比较,对不同腐蚀环境选用不同镍合金提出了建议 ?? ? 关键词? 镍? 镍合金? 耐腐蚀性? 适用环境 0? 前言 ?? 镍和镍合金对广泛的腐蚀性环境特别是在 各种工业加工过程中遇到的腐蚀环境具有有效 的抵抗能力, 在许多情况下,这些腐蚀性条件 对不锈钢或超级不锈钢等材料来说是无法抵抗 的镍本身是一种非常多功能的耐腐蚀材料, 同时,镍作为合金化元素在相当大的成分范围 内与其他金属元素具有冶金相容性,可组成为 许多二元、三元合金和其它复杂合金体系, 镍 基合金对处理当今化工、石油化工、海洋、造 纸、农业化学、油气、能源转换以及其它许多 工业环境的腐蚀问题具有独特的抗腐蚀能力和 高温抗腐蚀性能本文对镍及其部分镍基合金 在水溶液中的耐腐蚀性进行了讨论 1? 镍和镍合金的分类 ?? 镍合金可分为一元、二元、三元和其它特 殊功能的合金,见表 1 2? 合金元素在镍基合金中的主要作用 ?? 合金元素在镍基合金中耐水溶液腐蚀的主 要作用见表 2 。

? 表 1? 镍合金分类 合金体系各体系主要合金 N i工业纯镍,200,201 N - iCu合金400 ,K-500 N - iM o合金B ,B- 2 ,B- 3 N - i Si合金铸造 N - i Si合金 N - i Fe合金Invar ,Pernifer , Hymu80 N - iCr -Fe合金 600 ,601 ,800 ,800H,690 , 602CA,45TM N- iCr -Fe-Mo-Cu合金 28 ,825,G,G-3 ,G-30 ,31,33 , 6 M o N - iCr - M o合金 625 ,C-276 ,C-4,C -22,686 , C-2000 ,C -59 高温合金602CA,603GT,2100GT,230, 其它 3? 镍和部分镍基合金耐腐蚀性分析 3?1? 镍合金的耐腐蚀性 ? ? 有两种基本的镍合金,一种是商业纯合金 200 ,另一种是其低碳系列合金 201 这两种 镍合金对稀释的非氧化性无机酸,如 HC l 、 H2SO4、H3PO4, 在低温至中温环境中有良好 的耐腐蚀性,它们的化学成分见表 3 具有这 样良好的耐腐蚀性的原因是: 镍的标准还原电 位比铁元素正, 但比铜负。

因为镍的析氢过电 位高, 对一般的非氧化性酸来说, 析出氢气是 很难的,需要供给氧气才能使腐蚀较快发生 * 马国印, 男,1971年生, 工程师平顶山市,467013 71?化工装备技术 ? 第 28卷 第 1期 2007年 因此,镍在含氧化性试剂如三价铁、二价铜、 硝酸、过氧化物甚至氧等物质的非氧化性介质 中, 能被快速腐蚀 ? 表 2合金元素在镍基合金中耐水溶液 腐蚀的主要作用 合金元素主要性能其他性能 N i 作为基体, 与各种金属 元素有相容性,可改进 热稳定性与制造性能 提高在中性、还原性和 碱性介质中的耐腐蚀 性, 改进耐氯化物 SCC Cr 改进在氧化性腐蚀介质 中的耐腐蚀性 提高耐局部腐蚀的性能 M o 改进在还原性腐蚀介质 中的耐腐蚀性 提高耐局部腐蚀和耐氯 化物晶间腐蚀 ( SCC)的 性能, 可固溶强化 W 有类似于 Mo的性能, 但 作用没有 Mo 大, 对 高 N i- M o合金的热稳定性 有害 可固溶强化 N 奥氏体组织稳定剂,便 宜的镍替代元素 提高耐局部腐蚀性能和 热稳定性, 可改善力学 性能 Cu 改进耐海水和耐硫酸性 能, 对高 N - i Cr -Mo 合金 的热稳定性有害 提高耐 H2SO4和含 HF 的酸性环境性能 T i 、 Nb 、 Ta 碳稳定剂 改善焊接热影响区和耐 晶间腐蚀的性能 Si 高硅含量 ( 4 % ) 提高 耐氧化性矿物酸、硫酸 和硝酸的性能 在特定的腐蚀环境中有 害 Fe 改进合金元素与基体的 相容性 通过置换部分镍降低成 本和提高废料利用率 ? 表 3? ? 镍合金的化学成分 (% ) 合金N iCuFe 200不小于 99?000?250?40 201不小于 99?000?250?40 M nCSiS 0?350?150?350?01 0?350?020?350?01 注: 除另外指出外, 以上值都是最高值。

?? 镍金属对碱性环境所表现的强耐腐蚀性使 得它成功应用于苛性碱蒸发器管中在沸点温 度和 50 % 浓度的氢氧化钠溶液中,腐蚀速率 小于 0?005mm /a 当镍在高于 316? 以上使用 时, 建议使用低碳系列的合金 201 ,以防止晶 界石墨化石墨化会使合金失去一定的延展性 而变脆 ? ? 镍对氯化物晶间腐蚀 ( SCC)有较好的抵抗 力,但在强应力情况下, 对有氧溶液中的碱性 开裂很敏感,在这种条件下,使用 N- iCr -Fe 体系的合金,如合金 600 ,也许会更具抵抗 力镍对大部分天然淡水和快速流动海水都有 较高的抗腐蚀能力但在滞流状态或有裂缝的 情况下,可能会发生严重腐蚀虽然镍对氧化 性酸如硝酸的耐蚀性差, 但它足以抵抗大多数 无氧化有机酸和有机化合物的腐蚀镍不会被 无水氨水或很稀的氢氧化氨溶液所腐蚀, 但更 高的浓度会导致快速腐蚀,因为有可溶性的络 合物 ( N- iNH4)产生 ? ? 镍在高温卤素环境 (如氯化和氟化反应 ) 中有较好的耐腐蚀性,广泛应用于化学加工业 中,主要是因为在镍表面生成的镍卤化物薄层 有相当低的饱和蒸汽压和较高的熔点 ? ? 镍被应用于生产浓度范围为 50 % ~ 70 % 的高纯碱,还广泛应用于石油化工、化学过 程、食品工程和合成纤维生产领域。

其他方面 的应用多半是因为其具有的磁性能和磁致伸缩 性能、较强的导电和导热性能、较低的蒸汽压 等优点 3?2? N- iM o合金 ( B类合金 ) ? ?B类合金化学成分见表 4其中, 合金 B 是 N- iMo合金家族里早在 20世纪 20年代就发 展起来的一类合金, 由于含碳量高,其焊接热 影响区对非氧化性酸 (如乙酸、 甲酸、 氯化氢 ) 的腐蚀较敏感 60年代随着氩氧酸脱碳技术 的应用, 发展了合金 B- 2 尽管该种合金可 以抵抗焊接热影响区的腐蚀,但却很难制造 对合金 B- 2组成的研究又促使合金 B- 3得 到发展这些合金内部结构中不利的金属间相 得到了消除或减少, 可有效提高其良好的耐蚀 性能和制造性能合金 B- 2 、 B- 3已推广应 用于解决在 70~ 100? 的温度范围内和所有浓 度范围内的 HCl溶液和湿润 HCl气体中的腐 蚀问题这些合金对常温和加热至沸点的浓度 低于 60 % 的硫酸,都有非常好的耐蚀性该 72镍和镍合金耐腐蚀性分析 种合金唯一的不足是: 因为它不含铬元素, 所 以对氧化性介质的耐蚀性较差合金 B- 2已 成功地应用在乙酸、制药、乙基苯的烷烃化、 苯乙烯、异丙苯的有机硫化中。

B类合金抗腐 蚀性能的比较见表 5 ? 表 4N- iMo合金 ( B类合金 )化学成分 (% ) 合金(UNS N o?)N iMoFeCrC B (N10001)余量2850?50?03 B- 2 (N10665)余量281?50?50?005 B- 3 (N10675)余量281?51?50?005 ? 表 5B类合金在均匀酸中抗腐蚀性能比较 介质 平均腐蚀速率 /mm? a- 1 B- 3B- 2316LMONEL 400 50 % 醋酸0?0050?0100?005??? 40 % 甲酸0?0130?0181?0410?053 55 % 磷酸0?0760?1520?4570?114 50 % 硫酸0?0430?030 5004?699 20 % 盐酸0?3050?381 50040?310 3?3? N- iCr -Fe- Mo-Cu合金 ( G类合金 ) ?? G类合金的化学成分见表 6 ?? 合金 G是在 20世纪 60年代发展起来的, 是用钼、铜金属元素强化的 N- i Cr -Fe合金, 可提高其对硫酸和磷酸的耐蚀性该合金在焊 接处有良好的抗腐蚀性能,并可以解决氧化 性、还原性介质和混合酸、氟硅酸、硫酸盐、 浓硝酸、燃煤发电厂燃料气及氢氟酸造成的腐 蚀问题。

由于其比合金 825含更多的钼和镍, 该合金可以有效抵抗氯化物晶间腐蚀, 对局部 腐蚀的抵抗力也明显提高但合金 G现在不 再使用, 已被合金 G- 3所代替 ? 表 6? G类合金化学成分(% ) 合金(UNS N o?)N iCrMoCuFe其它 G( N06007)余量226?5220Cb+ T a G- 3 ( N06985)余量227220Cb+ T a G- 30 ( N06030)余量3051?515Cb+ T a ?? 合金 G- 3是合金 G的升级产品,具有与 合金 G相似的耐腐蚀能力,但对焊接热影响 区 (HAZ)的侵蚀有更好的抵抗力,并具有更 好的可焊性因为合金 G- 3含碳量低,碳化 物沉积较慢,同时它含钼量较高, 可对局部腐 蚀有更强的抵抗力目前,合金 G- 3已取代 了合金 G几乎所有的工业应用,也取代了合 金 825的许多应用,在这些场合通常要求良好 的抗局部腐蚀能力 ? ? 合金 G- 30是 G- 3的改良,加入了更多 的铬, 降低了钼的含量合金 G- 30在商业 浓酸和其他复杂的混酸, 如硝酸 /盐酸、硝酸 / 氢氟酸环境都有良好的抗腐蚀能力该合金对 硫酸也有很好的耐腐蚀性。

G类合金在水溶液 中的腐蚀数据比较见表 7 合金 G- 30一些典 型应用领域为磷酸、混酸、核燃料再处理、浸 泡操作设备、石油化工、农用药剂生产 (肥 料、 杀虫剂、 除虫剂、 除草剂 )和采矿业等 ? 表 7G类合金在水溶液中的腐蚀数据比较 介质 浓度 /% (质量 ) 实验温度 ? 平均腐蚀速率 /mm? a- 1 G- 30G- 3625 醋酸99沸腾0?0250?015 85 85 686211674 85 85 C- 59231676 85 85 注:( 1) PRE= % ( Cr) + 3?3 % (M o) ( 2) 高于 85? , 溶液发生化学分解 ? 表 11一些 C类合金在绿死水溶液中 耐局部腐蚀的性能 合金PRECPT /?CCT /? 缝隙深度 ( 105? ) mm C- 22651201050?35 C- 276591101050?035 C- 5976 120( 1)1100?025 68674 1201100?025 C- 2000761101000?040 注:( 1) 高于 120? , 绿死水溶液发生化学分解 4? 结论 ? ? 综上所述, 镍和镍合金具有广泛的耐腐蚀 性能, 但是不同的镍基合金适合不同的腐蚀环 境。

在选材时既要认真分析化工设备的工况条 件,也要考虑设备的投资、材料的可加工性和 热稳定性等我们深信, 镍和镍合金作为一种 新型的化工设备结构材料,正在很多化工厂逐 步推广应用并已取得了巨大的经济效益, 将会 越来越广泛地应用于国民经济的各个领域 (收稿日期:2006 -07 -24) 74镍和镍合金耐腐蚀性分析 。