特种材料在石化领域的应用(共33页).doc

《特种材料在石化领域的应用(共33页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《特种材料在石化领域的应用(共33页).doc（33页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上特种合金在石化领域的应用第一章 钛及钛合金一、概 述 钛的储藏量非常丰富，在地壳外层16的范围内含有0.4的钛。其含量在金属中仅次于铝、铁和鎂，占第4位。据美国矿业局统计（未计入中国），世界上两种主要钛矿即钛铁矿和金红石的储量（按钛含量计）分别已达到9.05亿和1.35亿，共为10.4亿。而中国钛的储量为4.8亿，居世界首位。世界钛矿产量（按含钛量计），钛铁矿为427.2万，金红石为39.5万，共计466.7万。钛矿绝大部分用作颜料，只有少部分制成金属钛。如美国矿的93用作颜料，仅7用于金属。钛矿先在海绵钛厂中经过氯化成为四氯化钛，再用鎂或钠还原成海绵钛，成为熔炼钛的

2、原料。据日本钛协会报告，世界各国海绵钛的年生产力已达到12-16万，其中日本3.44万、美国3.22万、英国0.5万、俄罗斯4.5万、中国0.3万。在真空条件下将海绵钛和废钛熔炼成为钛锭。世界上钛锭生产能力约为14万年。加工钛的设备如压机、轧机等，常与加工钢材的压机、轧机共用，因此一般不能笼统地统计钛加工材料的生产能力。近年世界钛材年产量约近15-20万。我国年钛材产量3000。 钛材用途可分为航空和非航空两大类。美国钛材大部分用于航空，如美国航空用钛约占钛材总消费量的70。非航空用钛主要为化工用钛。日本、俄罗斯、联邦德国、英国以及我国的钛材都有8090的钛材用于化工过程设备，主要是利用钛的优

3、异的耐蚀性。世界上所生产的各类钛材中，锻件的比例高是由于航空工业所用锻件较多，化工设备所用的钛锻件比例相对较低。世界非航空（民用）钛材中锻件约占12、铸件占2。世界上，俄罗斯、美国、日本、联邦德国是钛铸锻件的主要生产国。中国铸钛件也已具有年产约上百吨的能力。钛铸锻件主要用于化工、石油、轻工、纺织、海洋、电力、冶金、机械等部门。主要制品为泵叶轮、泵壳、阀体、涡轮、风机叶轮、船用推进器叶轮、压缩机机壳、管件、离心机转鼓、气垫船的水力喷射推进器的叶轮等。钛的相对密度小、强度高、比强度高。钛的热导率比碳钢低得多，与不锈钢接近。二、主要成分和使用特性目前主要的钛及钛合金有如下几种：工业纯钛（Unallo

4、yed Titanium） （TA1、TA2、TA3）Ti32Mo合金 Ti0.3Mo0.8Ni Ti0.2Pd TA5 Tc4主要成分和使用特性如表1表1 钛及钛合金主要成分和使用特性材料名称主要成分使用特性工业纯钛Ti99%以上耐湿氯气、多种氯化物，硝酸（除含水极低）醋酸及各种氧化性介质腐蚀，耐含氧化剂的还原性酸、耐硫化物及海水腐蚀；不推荐在强还原性条件下使用。Ti32Mo68Ti32Mo耐强还原性酸、高温稀硫酸、盐酸、磷酸、低浓度氢氟酸、不推荐用于氧化性条件Ti0.2PdTi0.2Pd耐氧化介质、抗缝隙腐蚀、不易产生氢脆。Ti0.3Mo0.8NiTi0.3Mo0.8Ni耐硝酸、铬酸等氧化

5、性介质、改善了工业纯钛在还原性介质中的耐蚀性，抗缝隙腐蚀，能取代工业纯钛在高温海水、盐水、湿氯气等高温、高浓度氯化物中使用。Ta5Ti5A10.005B中强度钛合金，在海水及氧化性介质中耐蚀性与工业纯钛接近，用于上述环境Tc4Ti6A14V高强度钛合金。在海水及氧化性介质中耐蚀性与工业纯钛接近，用强度要求高的部件。三、钛及钛合金的耐蚀性能 钛表面的氧化膜很致密，钛的钝性系数达2.44（铁为0.18、镍为0.37、钼为0.49、铝为0.82），是具有很强的钝化倾向的金属。一班地说，表面氧化膜越厚。其耐蚀性越好。（一）、全面腐蚀钛在氧化性和中性介质中具有优异的耐蚀性，此时钛表面的氧化膜能稳定存在，

6、即使由于某些原因遭到破坏后也能很快自行恢复。在强还原性酸中，钛的氧化膜易被溶解，因而不耐腐蚀。在温度不高的某些稀还原性酸中，钛也具有一定的耐蚀性，尤其是当还原性酸中含有氧化性金属离子、氧和其他氧化剂时，钛也有较好的耐蚀性。工业纯钛在某些介质中的腐蚀数据列于表2-6-19。下面分别叙述在主要介质中钛的耐蚀性。1、硝酸 钛在沸点以下各种浓度的硝酸中均具有优异的耐蚀性。2、硫酸 钛在10%98%浓度的硫酸中不耐蚀，只能用于室温下5%的溶氧硫酸中。100时钛仅能在0.2的硫酸中保持纯钛。 3、盐酸 钛在盐酸中具有中等的耐蚀性。一般认为工业纯钛可用于室温、7.5%；60、3%；100、0.5%的盐酸中。

7、也有些报导认为可以使用的浓度应更低些。 4、磷酸 钛可用于35、30%；60、10%；100、3%以下的磷酸中。若介质中含有Fe+3、Cu+2、Ag+1、Hg+2以及硝酸等氧化剂，可以提高钛在磷酸中的耐蚀性。 5、其他无机酸 钛在氢氟酸中不耐蚀，在酸性氟化物溶液中也不能使用。钛在硼酸、铬酸中耐蚀；在一些氢碘酸、氢溴酸中可以使用；在氟硼酸、氟硅酸中一般不使用。钛可用于60、10%硫酸和90%硝酸的混酸；沸腾的1%盐酸和5%硝酸的混酸以及室温王水中。 6、碱和盐 钛对大多数碱液耐蚀。钛在室温下各种浓度的氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠和氢氧化钾溶液中完全耐蚀，不能用于沸腾的氢氧化钠、氢氧化钾

8、溶液中。碱溶液含游离氯时，钛能耐蚀。碱中含氨会加剧钛的腐蚀。 7、水 钛在自来水、河水中，即使温度高达300也具有优异的耐蚀性。在120海水中有很高的耐蚀性；若温度再提高，可能会产生点腐蚀和缝隙腐蚀。 8、有机物 除了蚁酸、草酸和较浓的柠檬酸外，钛对所有有机酸均具有优异的耐蚀性。9、氯、氯化物和其它卤素 钛在干氯气中能发生剧烈反应生成四氯化钛，并有着火危险。由于四氯化钛能和水反应生成氢氧化钛，因而钛在湿氯中具有很好的耐蚀性。钛在氯气中能保持纯化所需要的含水量与氯气的温度、流速、压力以及钛表面膜的损坏情况等因素都有关系。一般认为，为保持钛纯化所需最低含水量为0.01%0.05%。通常为了保证安全

9、生产，当氯气接触钛设备时，氯气中的含水量实际控制在0.3%左右,甚至有时高达1.5%。 10、尿素甲铵溶液 在高温高压尿素甲铵溶液中，钛的腐蚀率一般为0.01mm/a，比00Cr17Ni14Mo2不锈钢低一个数量极。钛保持耐蚀性所允许的最高温度可达205210，而不锈钢只能在190195以下耐蚀。 11、气体钛可被氧化。在300以下生成致密的氧化膜，在700以下生成的氧化膜能提高耐蚀性。温度更高则氧化膜变脆，易剥落成氧化皮。作为结构材料，钛在空气中可在425以下使用；作为非结构材料，可在535以下使用。钛在温度不太高的二氧化硫、硫化氢、氨气体中以及海洋性大气中均有极好的耐蚀性。在300以上，氢

10、能明显地进入钛中，除了氢在钛中的物理渗入造成钛的氢脆外，氢还可与钛化合生成氢化钛，形成氢化物型氢脆。提高氢分压会加剧钛的氢脆。氢中含水量超过2%时，可有效地阻止氢的渗入。阳极化表面处理可以提高钛的抗氢能力。（二）、局部腐蚀与不锈钢、镍基合金、铜合金和铝合金等金属相比，工业纯钛具有较高的抗局部腐蚀能力，抗点腐蚀性能极佳，对晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等均不敏感，仅在极个别的介质中才可能发生。钛和其它纯化型金属一样，较易产生缝隙腐蚀，在极少数情况下也能产生选择性腐蚀和接触腐蚀。只要注意钛材的使用条件并采取适当措施，钛的局部腐蚀大多可以避免。（三）、耐蚀钛合金 在工业纯钛还不能满足腐蚀要求的情况下，

11、可以采用耐蚀钛合金。常用的耐蚀钛合金列于表。现在我国使用较多的是钛钯合金、钛镍钼合金和钛钼合金。四、钛及钛合金在大型石化设备上的应用 1983年，由国务院副总理方毅亲自批示成立中国四联钛设备设计制造公司，在短短的几年时间中，在机械工业用钛方面做出了显著业绩，促进了我国机械工业用钛的大发展。 我国第一台尿素中试生产用的钛钢压力容器，完成了我国第一台大型复合板压力容器24万吨/年CO2汽提塔的制造。为我国化肥工业发展作出了重大贡献，该工程获全国科技大会奖。 合肥通用机械研究所为台州电厂成功地研制了12.5万千瓦全钛凝汽器，该项目由于成绩突出获机械部科技进步奖。有力推动了滨海电站、核电站用钛的迅速发

12、展。 燕山石化、金山石化、辽阳石化、江苏索普等企业引进的设备的国产化,数十台大型钛及钛合金设备都在运行之中，取得了良好的经济效益。为开发钛机械制造和推广钛的应用。国内做了大量的基础研究和应用开发，合肥通用机械研究所主编的“钛设备设计制造和应用”一直是国内钛设备设计制造的基础技术指导文件，目前“钛制压力容器”国家标准已经问世。四、钛及钛合金在各种介质中的腐蚀数据表2 工业纯钛的腐蚀数据介质浓度（）腐蚀率（mm/a）室温中等温度沸腾醋酸蚁酸草酸乳酸甲酸丹宁酸柠檬酸硬脂酸盐酸硫酸硝酸磷酸铬酸硝酸盐酸硝酸硫酸 苯（含微量盐酸氯化钠）四氯化碳四氯乙烯（稳定）四氯乙烯（含水）100505101025102

13、5502550100151020355104060803764951030502013317346蒸气与液相蒸气与液相100蒸气与液相蒸气与液相0.0000.0000.1270.0080.0000.1270.1270.1270.0000.0000.1751.3406.6600.0000.2301.800.60150.0000.0000.00250.0000.0000.0970.1270.0000.1270.1270.1270.0002.440（100）7.620（100）0.005（80）0.0029.3900.0380.0281.2700.1270.1270.1270.3456.53040.

14、80713.010.1270.1276.40017.6000.1270.1270.0050.00050.0003介质浓度（%）腐蚀率（mm/a）室温中等温度沸腾三氯甲烯烷蒸气与液相0.0003三氯甲烷（含水）0.127三氯乙烯99%，蒸气与液相0.0025三氯乙烯（稳定）990.0025甲醛370.127甲醛+25%硫酸500.305氢氧化钠100.020200.1270.127500.00250.0508730.127氢氧化钾100.127250.305300.0002.743氢氧化铵280.0025碳酸钠200.1270.127氨（含氢氧化钠2%）200.0708氯化铁400.0000.0

15、02（95）氯化亚铁300.0000.127氯化亚铅100.0000.127氯化亚铜500.1270.127氯化铵100.1270.127氯化钙100.1270.127氯化铝250.1270.127氯化镁100.1270.127氯化镍5100.1270.127氯化钡200.1270.127硫酸铜200.1270.127硫酸铵饱和0.1270.127硫酸钠500.1270.127硫酸亚铅饱和0.1270.127硫酸亚铜100.1270.127300.1270.127硝酸根110.127 (续)表3 钛在无机酸中的腐蚀率介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）HNO351020304050606

16、569.57098351003560100356010029035601001902003560100190200356010019035601001901653560100270190290350.0020.0150.0040.0120.0230.00450.0170.00380.360.00690.0220.101.53.50.00580.01750.052.85.00.00580.0100.182.80.00710.0080.051.50.080.0110.00790.0191.20.381.10.002H2SO4（自然通气）123室温60沸腾60室温600.00250.00890.00

17、80.0050.013 （续）介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）H2SO4（自然通气）451040608060 室温60沸腾室温室温室温室温1.70.00250.24.8240.251.80.615H2SO45%+CuSO40.25%H2SO45%+CuSO40.5% H2SO45%+CuSO40.1% H2SO430%+CuSO40.25%H2SO430%+CuSO40.5%H2SO465%+CuSO41%H2SO410%+Fe2(SO4)32g/LH2SO410%+Fe16g/LH2SO417%+ Fe2(SO4)378%H2SO45%+CrO30.5%H2SO430%+ CrO3

18、0.5% H2SO440%+MnO35%H2SO440%+Ti4.8g/LH2SO490%+HNO310%H2SO470%+ HNO330%H2SO430%+ HNO370%H2SO410%+ HNO390%H2SO410%+ HNO390%95959537953738沸腾沸腾609595室温100室温室温室温室温6500.0100.0100.060.090.060.080.130.130.13000.015钝态0.460.630.1000.010H2SO4（氯饱和）45621020室温室温1901900.00250.00150.050.33HCl（通空气）0.5123510035601006

19、01000.0010.0090.0030.0040.460.0166.9 （续）介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）HCl（通空气）57.510152037 35603535603535350.0091.070.281.076.82.44.415HCl（通氮气）1357.510152035沸腾35沸腾35353535350.0030.00252.00.136.10.280.480.761.653.175HCl5%+CuSO40.05%HCl5%+CuSO41%HCl5%+CuSO40.05%HCl5%+CuSO40.5%HCl10%+CuSO40.05%HCl10%+CuSO41%HCl

20、10%+CuSO40.05%HCl10%+CuSO40.5%HCl5%+ CrO40.5%HCl5%+ CrO41%HCl10%+NaClO32.5%HCl10%+NaClO35%HCl10%+Ti4+1g/LHCl20%+Ti4+5.75g/LHCl5%+HNO31HCl5%+HNO35HCl8.5%+HNO33HCl1%+HNO35HCl+HNO31（王水）1340954095沸腾沸腾6666沸腾沸腾95958080沸腾沸腾959580沸腾室温800.040.090.030.090.060.080.030.0170.280.280.0250.0250.010.008000.090.0250

21、.050.0800.86（续）介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）HCl（氯饱和）35101901901900.0250.02528.4HCl36%+Cl-200ppmH3PO4H3PO450%+Fe+30.05%H3PO450%+Cu2+0.0025%H3PO450%+Ag2+0.05%H3PO450%+Hg2+0.10%H3PO481%+HNO33%H3BO3 H2CrO41235102030405060708085饱和101536.5505015室温100沸腾100沸腾1003560100沸腾3560100356010035601003535353535356060606090室温

22、沸腾24902482820.430.0030.2500.860.990.00330.062.363.50.0050.095.000.0150.3317.40.0181.526.40.330.460.560.660.740.760.150.130.130.130.3300.00260.0050.0460.0130.0250.015（续）介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）HBF4H2SiF4HBrHIH2SO4HNO3H2SO45%+HNO395%H2SO410%+HNO390%H2SO450%+HNO350%H2SO470%+HNO330%H2SO480%+HNO320%H2SO490%

23、+HNO310%H2SO495%+HNO35%H2SO499%+HNO31%HCl5%+HNO31HCl5%+HNO35HCl5%+HNO35HCl5%+HNO310HCl5%+HNO310HCl8.5%+HNO33HCl1%+HNO35HCl+HNO3（王水）52010401057610013高温室温室温沸腾室温室温6060室温60室温60室温60室温6060404040954095 80沸腾室温80迅速腐蚀47.5000.150.00050.0080.00500.0100.630.380.631.570.461.881.9000.020.020.0300.180.050.0800.86表4

24、 工业纯钛在200自然通风的氯化物溶液中的耐蚀稳定性氯化物溶液使钛保持腐蚀稳定性所能加入的最高盐酸量（）临界PH值LiCl40%0.020.1CaCl240%0.040.7MgCl230%0.050.45BaCl230%0.200.6NH4Cl25%0.250.65CaCl250%0.250.3KCl25%0.300.85ZnCl275%0.752H2O1.00.65表5 钛在氯化物与卤素中的腐蚀率介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）次氯酸钙次氯酸钙次氯酸氢氧化钙含次氯酸钙的大气、氯气和水氯气（湿）氯气（干）氯气饱和水二氧化氯蒸气5水、空气二氧化氯15次氯酸氯水次氯酸17二氧化氯氯次氯酸

25、钠次氯酸钠16氢氧化钠次氯酸钠1.54.0氯化钠氢氧化钠碳酸钠氯化铝氯化铵氯化钡氯化钙氯化铜氯化亚铜氯化铁2618水0.7水0.95水1.5水0.005651010102525252540饱和20255556273120555013050100100室温室温82室温140200室温7597100824338室温室温709560100150室温60100沸腾122100100沸腾100105155175100118901001100.00130.001300.00250不反应不反应不反应燃烧0.00250.0690.0050.00250000.000250.0030.0030.0020.0330

26、.0010.006.6501000000.00050.0005不稳定0.760.0050.00130.00250.00250.0080.0040.018 （续）介质浓度 （）温度 （）腐蚀率（mm/a）氯化锂氯化镁氯化锰氯化汞氯化镍氯化钾氯化锡氯化钠氯化锌溴气（干）溴气（湿）液溴溴水甲醇中500ppm的溴碘气（湿）碘气（干）碘蒸气5052020520饱和5，2030饱和24饱和2025809015010010020010010010010011060沸腾沸腾104150173250室温室温室温室温60室温室温13000.00080.010.005000.0010.0040.01300.0460

27、.001300.062.130溶解0.0025溶解0应力腐蚀0.10.11700表6 Ti32Mo的腐蚀率介质浓度（）腐蚀率（mm/a）室温50759093硫酸盐酸1020304050608090102036370.0090.0070.0010.0000.0000.0000.0000.0140.0090.0570.0120.0020.0070.0030.0040.0060.0110.1150.0040.0040.0950.0620.0470.0130.0230.0170.0170.6600.0240.0240.1900.1060.0730.0380.0300.0440.0850.0350.09

28、6表7 Ti0.2Pd与钛耐蚀性的比较介质浓度（）温度（）腐蚀率（mm/a）钛Ti0.2Pd盐酸硫酸磷酸三氯化铝55101015205104052525沸25沸沸25252525沸沸0.08250.2025.025.00.750.130.231.85.325.00.010.180.010.50.750.130.010.010.200.310.01表8 Ti0.3Mo0.8Ni、钛鈀合金和工业纯钛在沸腾盐溶液中抗缝隙腐蚀性能的比较（试验时间500h）介质PH值缝隙腐蚀工业纯钛Ti0.3Mo0.8NiTiPd氯化锌（饱和）氯化铝10氯化镁（饱和）氯化铵10氯化钠（饱和）氯化钠（饱和）氯气硫酸钠10

29、氯化铁103.04.24.11.01.01.00.6有有有有有有有有无无无无无无无有无无无无无无无无表9 Ti0.3Mo0.8Ni、钛鈀合金和工业纯钛耐蚀性能比较介质温度（）腐蚀率（mm/a）工业纯钛Ti0.3Mo0.8NiTiPd湿氯气氯化钠2次氯酸钠5氢氧化钠4氯化锌70王水硝酸蒸汽柠檬酸50氨基磺酸10甲酸45甲酸8090甲酸90（钛经阳极化处理）草酸1088沸腾8892室温沸腾沸腾沸腾沸腾沸腾沸腾0.00160.71131.11760.05080.355613.665210.99822.10823.65762.286094.9800.00090.06090.0050.00760.609

30、60.02030.012711.5570000.55880.0559104.0400.06091.11760.00200.01520.3708000.0599032.258表10 Ti30Mo的腐蚀率介质浓度（）温度（）腐蚀率（mm/a）盐酸硫酸磷酸硝酸草酸CuCl22H2O氯化铁氯化铝1020浓15506060707080浓50607080252510104030过饱和沸腾沸腾20沸腾沸腾沸腾100沸腾100沸腾沸腾沸腾沸腾沸腾沸腾沸腾20沸腾沸腾沸腾沸腾沸腾0.10.250.10.10.20.40.80.90.25200.23010000.10.150.150.8（点蚀）100.70.01

31、0.020.080.1第二章 镍及镍合金一、概 述 镍的氧化还原电位值近似于氢，而且很容易极化，在腐蚀过程中不会析氢。在还原性酸系统中，镍常常具有与铂相等的开路电位。在介质中含有某些氧化性离子时才会促使纯镍腐蚀。镍在氧化性介质中也能形成钝化膜，因而对氧化性介质具有良好的耐蚀性。 镍对铜、铬、铁、钼等金属元素有较高的固溶度，因而能够组成成分范围广泛的合金。一般说来，镍合金都是奥氏体型的，在时效时，镍基合金容易析出金属间化合物和碳化物。 镍合金属高性能耐蚀合金。在很多介质中，甚至在强腐蚀介质中往往具有很高的耐蚀性。镍合金具有良好的力学性能和物理性能，但其价格比较昂贵，不便轻易使用。由于化工过程参数

32、（温度、压力、介质浓度）的强化，介质腐蚀性很强的场合也越来越多；由于强调化工生产的环境净化，水的循环利用，使得卤素浓度提高，腐蚀条件变得更加苛刻。因此所用设备不但要求抗全面腐蚀，而且越来越多地要求抗点腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀等腐蚀类型。在许多设备选材时，不仅要考虑一次性投资费用，并且还要考虑维修、折旧、停工损失等费用以及安全性，因而更加强调设备长期使用的可靠性。这些因素都促使具有高度耐蚀性能的镍合金越来越广泛地得到应用。 据统计，世界镍的贮藏量约为11100万t。每年世界镍矿砂的总产量按镍含量计约为80-100万t。镍产量约60-90万t，镍的消耗量约为70-90万t。镍除了以纯镍和镍合金的形

33、式使用外，约有40%用于不锈钢。我国的镍产量约2-4万吨，目前已不能满足国内需要。二、主要成分和使用特性目前主要的镍和镍合金如下:纯镍 哈氏合金B（Hastelloy B） 哈氏合金C（Hastelloy C）哈氏合金D（Hatelloy D）因科罗合金825（Incoloy 825）仪氏合金B（Illium B）蒙乃尔合金（Monel cast）因科耐尔合金（Inconel allo主要镍和镍合金成分和使用特性如表11和表12。表11 镍合金成分和使用特性材料名称主要成分使用特性纯镍Ni99%以上纯镍耐荷性碱、高温卤素、卤化氢等还原性介质及还原性卤化物盐类腐蚀哈氏合金B系列62Ni28Mo5

34、Fe耐常温至沸点各种浓度盐酸腐蚀、也适用非氧化性酸（磷酸，60%硫酸）及氯化亚铜及类似盐不推荐应用于强氧化性酸和盐，该合金有良好的高温性能哈氏合金C系列54Ni17Mo15Cr5Fe4W既耐氧化性介质（湿氯、氯气、次氯酸盐，二氧化氯、氯化铁、硝酸）腐蚀也耐中等温度或氧化性条件下的硫酸、次氯酸、盐酸腐蚀，对醋酸、海水，腐蚀性有机酸有性良耐腐蚀性，该合金高温性能好哈氏合金D系列 85Ni10Si3Cu耐稀盐酸及其它非氧化性酸和盐类的腐蚀。耐热浓硫酸腐蚀。不推荐使用于高温氧化条件下。Incoloy82542Ni30Fe22Cr3Mo2Cu1Ti比普通含钼不锈钢耐硫酸、磷酸腐蚀，也耐氧化性介质（硝酸、硝酸盐、铁盐、铜盐、汞盐、除氯化物外）腐蚀，突出的优点是对混酸和