Características de resistência à corrosão e aplicações de materiais metálicos especiais comumente usados
1. Titânio e ligas de titânio
A produção de ligas de titânio na China está basicamente sincronizada com os países estrangeiros, mas a sua promoção e aplicação ficam para trás, especialmente para uso civil. Ao mesmo tempo, devido à concorrência desordenada entre materiais de titânio contrabandeados estrangeiros e algumas empresas de processamento de equipamentos nos últimos anos, algumas empresas sem capacidade de produção e algumas pequenas e médias empresas municipais utilizaram materiais de qualidade inferior ou produtos de má qualidade, o que também perturbou o mercado de equipamentos de titânio até certo ponto. Faz com que os fabricantes de equipamentos falem em descoloração de "titânio". Portanto, esta situação também desempenha um certo papel no impedimento do desenvolvimento da indústria chinesa de equipamentos de titânio. Deve atrair a atenção dos departamentos de gestão relevantes e também servir de alerta para outros materiais especiais que estão sendo desenvolvidos. .
Classes de titânio comumente usadas (com padrões nacionais de materiais)
1. Características de resistência à corrosão do titânio
O titânio é um metal com forte tendência à passivação. Pode formar rapidamente uma película protetora oxidativa estável no ar e em soluções aquosas oxidantes ou neutras. Mesmo que o filme seja danificado por algum motivo, ele pode se recuperar rápida e automaticamente. Portanto, o titânio possui excelente resistência à corrosão em meios oxidantes e neutros.
Devido ao grande desempenho de passivação do titânio, em muitos casos, quando em contato com metais diferentes, ele não acelera a corrosão, mas pode acelerar a corrosão de metais diferentes. Por exemplo, em ácidos não oxidantes de baixa concentração, se a liga de Pb, Sn, Cu ou Monel entrar em contato com o titânio para formar um par galvânico, a corrosão desses materiais será acelerada, enquanto o titânio não será afetado. No ácido clorídrico, quando o titânio entra em contato com o aço de baixo carbono, novo hidrogênio é gerado na superfície do titânio, que destrói a película de óxido de titânio, o que não só causa fragilização do titânio por hidrogênio, mas também acelera a corrosão do titânio. Isto pode ocorrer porque o titânio é altamente resistente ao hidrogênio. devido à atividade.
O teor de ferro no titânio tem impacto na resistência à corrosão em alguns meios. Além das matérias-primas, a razão para o aumento do ferro é muitas vezes que o ferro contaminado penetra no cordão de solda durante a soldagem, fazendo com que o teor local de ferro no cordão de solda aumente. Esta corrosão tem uma natureza não uniforme. Quando peças de ferro são usadas para suportar equipamentos de titânio, a contaminação por ferro na superfície de contato ferro-titânio é quase inevitável. A corrosão é acelerada na área contaminada com ferro, especialmente na presença de hidrogênio. Quando a película de óxido de titânio na superfície contaminada é danificada mecanicamente, o hidrogênio penetra no metal. Dependendo de condições como temperatura e pressão, o hidrogênio se difunde de acordo, o que causa vários graus de fragilização por hidrogênio no titânio. Portanto, quando o titânio é usado em sistemas contendo hidrogênio de média temperatura e pressão média, a contaminação superficial pelo ferro deve ser evitada.
Em circunstâncias normais, o titânio não sofre corrosão por pites.
O titânio também oferece estabilidade à fadiga por corrosão.
O titânio tem boa resistência à corrosão em frestas, especialmente as ligas Ti-0.3Mo-0.8Ni e Ti-0.2Pd. Portanto, as ligas Ti-0.3Mo-0.8Ni e Ti-0.2Pd são amplamente utilizadas como materiais de superfície de vedação para equipamentos de contêineres para resolver o problema de corrosão em fendas na superfície de vedação de equipamentos.
2. Aplicação de materiais de titânio
Devido à sua excelente resistência à corrosão, os materiais de titânio são amplamente utilizados em petróleo, indústria química, produção de sal, produtos farmacêuticos, metalurgia, eletrônica, aviação, aeroespacial, marinha e outros campos relacionados.
O titânio tem excelente resistência à corrosão na maioria das soluções salinas. Por exemplo, o titânio é mais resistente à corrosão do que o aço com alto teor de cromo e níquel em soluções de cloreto e não apresenta corrosão por pites. No entanto, a taxa de corrosão é maior no tricloreto de alumínio, que está relacionado à produção de ácido clorídrico concentrado após a hidrolisação do tricloreto de alumínio. O titânio também apresenta boa estabilidade ao clorito de sódio quente e a várias concentrações de hipoclorito. Portanto, os materiais de titânio são amplamente utilizados na produção de sal a vácuo e nas indústrias de pó branqueador.
O titânio tem boa resistência à corrosão na maioria das soluções alcalinas. O titânio é relativamente estável em soluções de hidróxido de sódio e hidróxido de potássio com concentrações inferiores a 50%. Se a solução alcalina contiver íons cloreto ou cloretos, sua resistência à corrosão excede até mesmo a do níquel e do zircônio. No entanto, à medida que a temperatura e a concentração aumentam, a corrosão aumentará. A indústria de cloro e álcalis é hoje o maior campo de aplicações civis domésticas de titânio.
O titânio não é resistente à corrosão em cloro seco e apresenta risco de incêndio, mas apresenta alta estabilidade em cloro úmido, superando o zircônio, Hastelloy C e Monel, e até mesmo em ácido sulfúrico, ácido clorídrico e cloro saturado. Também é estável em meios como o cloreto, portanto o titânio é o material de primeira escolha para equipamentos-chave na produção de dióxido de titânio pelo método do ácido sulfúrico.
Como o titânio tem boa resistência à corrosão em hidrocarbonetos, também é bom mesmo quando contém ácidos e impurezas de cloreto. Portanto, os materiais de titânio também são amplamente utilizados em produtos químicos orgânicos, como PTA (ácido tereftálico purificado), PVA (vinilon), etc.
O titânio tem excelente resistência à corrosão na água do mar, portanto o titânio também é amplamente utilizado em campos marítimos, como plataformas de perfuração de petróleo offshore e dessalinização da água do mar.
2. Níquel e ligas à base de níquel
1. Situação da produção nacional de níquel e ligas à base de níquel
O níquel puro industrial nacional pode ser produzido por si só, mas algumas ligas à base de níquel dependem principalmente de importações.
Tipos de níquel e ligas à base de níquel (algumas possuem padrões nacionais de materiais)
Os modelos comumente usados de níquel e ligas à base de níquel incluem: níquel puro N6; Monel 400; Hastelloy B, Hastelloy B-2; Hastelloy C-276, etc.
2. Resistência à corrosão de níquel e ligas à base de níquel
O níquel tem maior tendência a passar para um estado passivo. Em temperaturas normais, a superfície do níquel é coberta por uma película de óxido, o que o torna resistente à corrosão em água e em muitas soluções aquosas salinas.
O níquel é bastante estável à temperatura ambiente em ácidos diluídos não oxidantes, como<15% hydrochloric acid, <17% sulfuric acid and many organic acids. However, when adding oxidants (FeCl2, CuCl2, HgCl2, AgNO3 and hypochlorite) and ventilation, the corrosion rate of nickel increases significantly.
O níquel é completamente estável em todas as soluções alcalinas, sejam elas de alta temperatura ou alcalinas fundidas. Esta é a característica marcante do níquel.
A liga Monel é mais resistente à corrosão que o níquel em meios redutores e mais resistente à corrosão que o cobre em meios oxidantes. É mais resistente à corrosão que o níquel e o cobre em ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido clorídrico, soluções salinas e ácidos orgânicos.
Em qualquer concentração de ácido fluorídrico, a liga Monel é muito resistente à corrosão quando o oxigênio não entra muito. Porém, quando há aeração e oxidantes na solução, ou quando há impurezas prejudiciais como sais de ferro e sais de cobre na solução, sua resistência ao ácido fluorídrico diminui. Entre os materiais metálicos, além da platina e da prata, é um dos melhores materiais resistentes à corrosão do ácido fluorídrico.
É muito resistente à corrosão em soluções alcalinas cáusticas, mas quando a concentração de hidróxido de sódio é muito alta, embora a resistência à corrosão da liga Monel seja pior que a do níquel, ainda é mais resistente a álcalis do que outros materiais metálicos.
A liga Monel é propensa a trincas por corrosão sob tensão e é melhor usada após recozimento no grau 530-650 para eliminar a tensão.
As ligas Hastelloy comumente usadas são Hastelloy B (B-2, B-3) e Hastelloy C-276. Possuem alta resistência à corrosão em ácidos inorgânicos e ácidos orgânicos não oxidantes, como resistência ao ácido sulfúrico diluído a 70 graus, resistente a todas as concentrações de ácido clorídrico, ácido fosfórico, ácido acético e ácido fórmico, especialmente ácido clorídrico concentrado a quente.
Hastelloy é estável em soluções cáusticas e alcalinas e completamente estável em meios orgânicos, água do mar e água doce.
Três cobre branco (B10, B30)
Cuproníquel é uma liga de cobre-níquel. O cuproníquel pode ser produzido internamente e é produzido principalmente pela Luoyang Copper.
A resistência à corrosão do cobre branco é basicamente semelhante à do cobre puro. Corrosão severa ocorrerá em ácidos inorgânicos, especialmente ácido nítrico. No entanto, o ácido fluorídrico com uma concentração de<70% is corrosion-resistant in the absence of oxygen and below the boiling point. White copper does not corrode greatly in organic acids, and the corrosion rate is very small in alkaline solutions and organic compounds.
No processo de soda cáustica ou na soda cáustica eletrolítica de diafragma, B30 (70-30 liga de cobre-níquel pode ser usada para substituir o níquel puro na fabricação de equipamentos evaporadores de filme, especialmente a parte do filme descendente. Ele pode não apenas melhorar o serviço vida, mas também economiza 70% de níquel.B10 (91-9 liga de cobre-níquel) também pode substituir o níquel puro na fabricação de tubos de evaporação, câmaras de evaporação e outros equipamentos de evaporadores de filme ascendente.
O cobre branco tem alta resistência à corrosão na água do mar, portanto, os trocadores de calor resfriados pela água do mar geralmente usam cobre branco B10 e B30.
Quatro materiais de zircônio
Os graus de zircônio e ligas de zircônio comumente usados incluem: zircônio não nuclear R60702, R60703, R60704, R60705 e R60706.
Embora a China não tenha especificações para recipientes de zircônio e ligas de zircônio, ela tem conseguido produzir materiais de zircônio para uso nuclear e não nuclear.
O zircônio tem melhor resistência à corrosão do que o aço inoxidável, ligas à base de níquel e titânio. Suas propriedades mecânicas e de processo também são muito adequadas para a fabricação de recipientes e trocadores de calor. Porém, devido ao seu alto preço, raramente era utilizado no passado. No entanto, com o desenvolvimento da indústria química nacional, muitos equipamentos altamente corrosivos estão cada vez mais utilizando materiais de zircônio, o que melhora muito a vida útil e a confiabilidade do equipamento e proporciona melhores benefícios econômicos. Atualmente, a tecnologia desde a produção de materiais de zircônio até o projeto, fabricação e inspeção de equipamentos tornou-se cada vez mais madura, fornecendo uma base para a ampla aplicação de recipientes de zircônio.
5. Materiais de tântalo (Ta1, Ta2, TaNb3, TaNB20)
O tântalo possui alta estabilidade química e é altamente resistente à corrosão química e atmosférica abaixo de 150 graus. É resistente à corrosão mesmo em atmosferas industriais poluídas.
O tântalo é resistente ao ácido clorídrico e ao ácido nítrico de qualquer concentração em temperatura de ebulição e a um ácido misto composto de ácido nítrico fumegante e ácido sulfúrico fumegante da temperatura ambiente até 150 graus. Exceto o ácido fluorídrico, o trióxido de enxofre fumegante e o ácido sulfúrico concentrado em alta temperatura e o ácido fosfórico concentrado, o tântalo é estável a outros ácidos.
O tântalo possui alta estabilidade em meios ácidos e alcalinos abaixo de 200 graus, ainda maior que o ouro e a platina.
O tântalo tem baixa resistência à corrosão em soluções alcalinas concentradas. Não resistente ao iodeto de potássio e soluções contendo íons fluoreto.
A corrosão do tântalo é uma corrosão uniforme e abrangente, insensível a cortes e não causa tipos localizados de corrosão, como fadiga por corrosão e fissuras por corrosão. Esta característica do tântalo pode ser usada como material de revestimento e forro.
6. Outros materiais metálicos especiais
1. Aço duplex
Aço inoxidável duplex de baixa qualidade (Tipo 2304)
Aço Inoxidável Duplex Padrão (Tipo 2205)
Aço Inoxidável Super Duplex (Tipo 2507)
Para o aço inoxidável duplex ferrítico-austenítico, possui as características tanto do aço ferrítico quanto do aço austenítico. A presença de austenita reduz a fragilidade do aço ferrítico com alto teor de cromo, evita a tendência de crescimento de grãos e melhora a tenacidade e soldabilidade do aço ferrítico. A presença de ferrita melhora o limite de escoamento do aço austenítico Cr-Ni e, ao mesmo tempo, torna o aço resistente à corrosão sob tensão e tem uma pequena tendência a trincas a quente durante a soldagem. Este tipo de aço contém altos níveis de elementos de liga resistentes à corrosão, como Cr, Ni, Cu e Mo. Embora a estrutura bifásica possa facilmente causar corrosão da microbateria, se o conteúdo do elemento de liga atingir um determinado valor, ambas as fases podem ser passivado no meio e a corrosão seletiva bifásica não ocorrerá. Possui boa resistência à corrosão uniforme e corrosão por pite. .
Hoje, os aços inoxidáveis duplex são usados em diversas aplicações, não apenas em aplicações químicas, petroquímicas e farmacêuticas, mas também em papel e celulose, alimentos e bebidas, e construção, edifícios e estruturas.
Mas as aplicações mais importantes do aço inoxidável duplex estão em reatores e outros equipamentos industriais nas indústrias química, de fertilizantes, petroquímica, de energia e de celulose e papel. Na maioria das aplicações, os aços inoxidáveis duplex são considerados um material alternativo econômico, preenchendo a lacuna entre os aços austeníticos comuns, como o 316L, e ligas superiores.
Embora geralmente se acredite que as ligas duplex sejam usadas devido à sua resistência à corrosão por produtos químicos, isso é mais importante em meios de solução de água quente, onde os aços inoxidáveis austeníticos não têm resistência suficiente à corrosão por pites e à corrosão sob tensão.
2.AL-6XN
A liga AL-6XN é um aço inoxidável superaustenítico descoberto pela Allegheny Ludlum Company nos Estados Unidos. Possui maior resistência à corrosão por pites, corrosão em frestas e corrosão em frestas de pressão por íons cloreto do que a liga padrão da série 300 e é mais resistente à corrosão do que as ligas tradicionais à base de níquel. O custo da liga é baixo.
No aço inoxidável, Cr, Mo, Ni e C apresentam resistência à corrosão em diferentes meios, respectivamente. Cr é o representante da resistência à corrosão em ambientes naturais e oxidantes. O aumento no teor de Cr, Mo e Ni aumenta a resistência à corrosão por pites. O níquel fornece uma estrutura de austenita. O níquel e o molibdênio aumentam a capacidade de corrosão em fendas de pressão e a resistência aos íons cloreto. Reduza a resistência à corrosão do meio ambiente.
A liga AL-6XN com alto teor de níquel (24%)-molibdênio (6,3%) tem boa resistência à corrosão em fendas de pressão. O molibdênio tem a capacidade de resistir à corrosão por picadas de íons cloreto. O níquel aumenta ainda mais a resistência à corrosão por pites e pode fornecer maior resistência do que o aço inoxidável austenítico 300, por isso é frequentemente usado em peças mais finas de equipamentos. Os níveis mais elevados de cromo, molibdênio e níquel no AL-6XN também fornecem resistência à corrosão durante a formação e soldagem do aço inoxidável.
Alto teor de cromo, molibdênio, níquel e nitrogênio fazem com que o AL-6XN tenha boa resistência à corrosão por pites de íons cloreto e à corrosão em frestas, o que torna o AL-6XN usado em muitos ambientes, como alimentos, água do mar ou outros produtos químicos ambientes.
7. Materiais compósitos metálicos
Embora os materiais metálicos especiais tenham boa resistência à corrosão, eles também são relativamente caros, o que é uma das razões pelas quais alguns deles não podem ser promovidos em larga escala. No entanto, a tecnologia de compósitos metálicos promoveu esses materiais metálicos especiais, por outro lado. Formulários.
Materiais compósitos metálicos são novos materiais metálicos compostos de vários componentes metálicos ou de liga, como a, b e c, por meio de diferentes técnicas de processamento. Cada interface forma um conjunto de ligações metálicas e tem desempenho igual ou melhor que o material metálico único original. . Não é a nem b (ou c). Combina as vantagens dos componentes constituintes e supera as deficiências de desempenho de componentes individuais. Não só otimiza o design dos materiais, mas também incorpora o princípio do uso racional dos materiais. É uma das atuais direções de desenvolvimento da ciência e engenharia de materiais.
Os métodos de composição incluem: composição de explosão, composição de laminação de explosão e composição de laminação. Hoje em dia, a maioria dos métodos domésticos utiliza composição explosiva.
As variedades de materiais compósitos incluem: painéis compósitos (duas camadas, três camadas), hastes compósitas e tubos compósitos.
vantagem:
Combinação razoável e proporção de propriedades de materiais de revestimento e materiais de base;
Determine a proporção de espessura dos dois materiais conforme necessário;
Economize metais preciosos e raros e reduza custos de equipamentos;
Reduza a espessura do projeto estrutural ou aumente a tensão do serviço estrutural.
Atualmente, o país possui padrões nacionais relevantes para materiais compósitos, como GB8547-87 "Placa Composta de Aço Titânio", GB8546-87 "Placa Composta de Aço Inoxidável-Titânio", JB4733-94 "Placa de aço composto de aço inoxidável explosivo para vasos de pressão", etc.
Resumindo, como os materiais metálicos especiais têm boa resistência à corrosão e desempenho de usinagem, eles podem atender perfeitamente às necessidades de resistência à corrosão dos equipamentos de produção dos fabricantes e melhorar o nível de resistência à corrosão dos equipamentos. Nos últimos anos, a sua promoção e aplicação na China alcançaram alguns resultados. No entanto, com o rápido desenvolvimento da economia da China, especialmente a formação gradual do padrão de integração económica global e a adesão da China à OMC, há um enorme espaço para o desenvolvimento de materiais metálicos especiais nacionais (incluindo a entrada no mercado internacional), mas requer departamentos relevantes de gestão da indústria nacional. Desenvolver padrões necessários e políticas e regulamentos relacionados para promover o desenvolvimento de toda a indústria.
