鈦及鈦合金

中國鈦合金的生產(chǎn)與國外基本同步，但其推廣應(yīng)用要落后一些，尤其是民用。同時(shí)由于近幾年來國外走私鈦材及一些設(shè)備加工企業(yè)的無序競爭，一些不具備生產(chǎn)能力的企業(yè)以及一些中小鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)采用劣質(zhì)材料或以次充好也在一定程度上擾亂了鈦設(shè)備市場，使設(shè)備使用廠家談‘鈦’色變，因此這種狀況也對中國的鈦設(shè)備行業(yè)的發(fā)展起到一定阻礙作用，須引起相關(guān)管理部門的注意，并且也應(yīng)成為正在發(fā)展的其他特材的前車之鑒。

常用鈦材牌號（有國家材料標(biāo)準(zhǔn)）

1. 鈦材的耐腐蝕特點(diǎn)

鈦是具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬，在空氣中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一層穩(wěn)定的氧化性保護(hù)膜，即使因?yàn)槟承┰蚰ぴ馄茐?，也能迅速自動恢?fù)。因此鈦在氧化性、中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

由于鈦的巨大鈍化性能，在許多情況下與異種金屬接觸時(shí)，并不加快腐蝕，而可能加快異種金屬的腐蝕。如在低濃度非氧化性的酸中，若將Pb、Sn、Cu或蒙乃爾合金與鈦接觸形成電偶時(shí)，這些材料腐蝕加快，而鈦不受影響。而在鹽酸中，鈦與低碳鋼接觸時(shí)，由于鈦表面產(chǎn)生新生氫，破壞了鈦的氧化膜，不僅引起鈦的氫脆，而且加快鈦的腐蝕，這可能是由于鈦對氫有高度的活性所致。

鈦中的含鐵量對某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能有影響，鐵增多的原因除原材料的原因外，常常是焊接時(shí)沾污的鐵滲入焊道，使焊道中局部含鐵量增高，這時(shí)腐蝕具有不均勻的性質(zhì)。使用鐵件支撐鈦設(shè)備時(shí)，鐵鈦接觸面上的鐵沾污幾乎是不可避免的在鐵沾污區(qū)腐蝕加速，特別是在有氫存在的情況下。當(dāng)沾污表面的鈦氧化膜發(fā)生機(jī)械損壞時(shí)，氫就滲入金屬，根據(jù)溫度、壓力等條件，氫發(fā)生相應(yīng)的擴(kuò)散，這使鈦產(chǎn)生不同程度的氫脆。因此鈦在中等溫度和中等壓力和含氫系統(tǒng)中使用要避免表面鐵污染。

在一般情況下，鈦不會發(fā)生孔蝕。鈦還具有抗腐蝕疲勞穩(wěn)定性。

鈦耐縫隙腐蝕性能較好，尤其是Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金，因此Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金廣泛用于容器設(shè)備的密封面材料，以解決設(shè)備密封面縫隙腐蝕問題。

2. 鈦材的應(yīng)用

由于鈦材的優(yōu)良耐腐蝕性能，鈦材廣泛應(yīng)用于石油、化工、制鹽、制藥、冶金、電子、航空、航天、海洋等相關(guān)領(lǐng)域。

鈦對大多數(shù)鹽溶液來說具有優(yōu)異的耐蝕性，如鈦在氯化物溶液中比高鉻鎳鋼耐蝕，并無孔蝕現(xiàn)象。但在三氯化鋁中腐蝕率較高，這與三氯化鋁水解后產(chǎn)生濃鹽酸有關(guān)。鈦對熱的亞氯酸鈉和各種濃度的次氯酸鹽也有良好的穩(wěn)定性。因此鈦材廣泛用于真空制鹽和漂粉精行業(yè)。

鈦對大多數(shù)的堿溶液具有良好的耐蝕性。鈦在濃度小于50％的氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中較為穩(wěn)定。如果堿溶液中含有氯離子或氯化物，則其耐蝕性甚至超過鎳和鋯。但在溫度和濃度增大的情況下，腐蝕會增大?，F(xiàn)在氯堿行業(yè)是國內(nèi)民用鈦材應(yīng)用的最大領(lǐng)域。

鈦在干燥的氯氣中不耐蝕，同時(shí)有著火的危險(xiǎn)，但在潮濕的氯氣中具有很高的穩(wěn)定性，超過鋯、哈氏合金C及蒙乃爾合金，甚至在飽和氯氣的硫酸、鹽酸和氯化物等介質(zhì)中也穩(wěn)定，所以鈦材是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的首選材料。

由于鈦材在碳?xì)浠衔镏械哪臀g性很好，甚至在含有酸及氯化物類雜質(zhì)時(shí)也很好。因此鈦材在有機(jī)化工中也廣泛應(yīng)用，如PTA（精對苯二甲酸），PVA（維尼綸）等。

鈦材在海水中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，因此鈦材也廣泛應(yīng)用于海洋石油鉆井平臺、海水淡化等海洋領(lǐng)域。

鎳及鎳基合金

1.鎳及鎳基合金的國內(nèi)生產(chǎn)狀況

國內(nèi)工業(yè)用純鎳完全可以自行生產(chǎn)，但一些鎳基合金則主要依賴進(jìn)口。

鎳及鎳基合金種類（部分有國家材料標(biāo)準(zhǔn)）

常用的鎳及鎳基合金型號有：純鎳 N6；Monel 400; Hastelloy B、Hastelloy B-2; Hastelloy C-276等。

2.鎳及鎳基合金的耐腐蝕性能

鎳具有較大的轉(zhuǎn)入鈍態(tài)的傾向。在一般溫度下鎳的表面覆蓋一層氧化膜，這層氧化膜使它在水及許多鹽類水溶液中具有耐蝕性。

鎳在非氧化性稀酸中，如<15％鹽酸、<17%硫酸和許多有機(jī)酸中，在室溫下相當(dāng)穩(wěn)定。但在增加氧化劑（FeCl2、CuCl2、HgCl2、AgNO3和次氯亞酸鹽）和通氣時(shí)，鎳的腐蝕速度顯著增加。

鎳在所有堿類溶液中，不論是高溫的還是熔融的堿都完全穩(wěn)定，這是鎳的突出特性。

蒙乃爾合金在還原性介質(zhì)中比鎳耐腐蝕，在氧化性介質(zhì)中又較銅耐腐蝕，在磷酸、硫酸、鹽酸、鹽類溶液和有機(jī)酸中都比鎳和銅更為耐腐蝕。

任何濃度的氫氟酸中，在氧進(jìn)入不多時(shí)蒙乃爾合金很耐蝕。但當(dāng)溶液中有充氣和有氧化劑時(shí)，或者溶液中存在鐵鹽、銅鹽等有害雜質(zhì)時(shí)，它耐氫氟酸性能下降。在金屬材料中除鉑、銀外，它是耐氫氟酸腐蝕的最好材料之一。

在苛性堿溶液中它很耐蝕，但當(dāng)氫氧化鈉濃度很高時(shí)，蒙乃爾合金的耐腐蝕性雖比鎳差一些，但仍比其他金屬材料耐堿。

蒙乃爾合金容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，最好在530－650℃退火消除應(yīng)力后使用。

哈氏合金常用的是哈氏B（B-2、B-3）和哈氏C-276，它們在非氧化性的無機(jī)酸和有機(jī)酸中有高的耐蝕性，如耐70℃的稀硫酸，耐所有濃度的鹽酸、磷酸、醋酸和蟻酸，特別能耐熱濃鹽酸。

哈氏合金在苛性堿和堿溶液中是穩(wěn)定的，在有機(jī)介質(zhì)、海水及淡水中完全穩(wěn)定。

白銅（B10、B30）

白銅是銅鎳合金，白銅國內(nèi)可以滿足生產(chǎn)，主要由洛銅生產(chǎn)。

白銅的耐蝕性能基本與純銅相似，在無機(jī)酸中，特別是硝酸中會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。但對于濃度<70％的氫氟酸，在無氧及低于沸點(diǎn)的情況下是耐蝕的。在有機(jī)酸中白銅腐蝕不大，在堿性溶液和有機(jī)化合物中腐蝕率很小。

在苛化法燒堿中，或在隔膜電解燒堿中，可以采用B30（70－30銅鎳合金來代替純鎳制造膜式蒸發(fā)器設(shè)備，特別是降膜部分，它不僅可以提高使用壽命，而且可以節(jié)約70％的鎳。B10（91－9銅鎳合金）也可以代替純鎳來制造升膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)管、蒸發(fā)室等設(shè)備。

白銅在海水中具有較高的耐蝕性，因此用海水冷卻的換熱器經(jīng)常采用B10、B30的白銅。

鋯材

常用鋯及鋯合金牌號有：非核用鋯R60702、R60703、 R60704、 R60705、 R60706。

中國雖然沒有鋯和鋯合金容器的規(guī)范，但已能生產(chǎn)核用和非核用的鋯材。

鋯有比不銹鋼、鎳基合金、鈦更優(yōu)異的耐腐蝕性能，力學(xué)性能和工藝性能也很適于制造容器及換熱器。但由于價(jià)格昂貴，過去使用較少。但隨著國內(nèi)化工行業(yè)的發(fā)展，許多強(qiáng)腐蝕的設(shè)備正在越來越多地采用鋯材，大大提高設(shè)備壽命及可靠性，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。目前從鋯材的生產(chǎn)，到設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)技術(shù)也已日漸成熟，為鋯容器的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

鉭材

Ta1、Ta2、TaNb3、TaNB20鉭有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在150℃以下抗化學(xué)腐蝕及大氣腐蝕的能力很強(qiáng)，即使在污染的工業(yè)大氣中也是耐蝕的。

鉭耐沸騰溫度下任何濃度的鹽酸和硝酸，耐室溫至150℃的發(fā)煙硝酸和發(fā)煙硫酸所組成的混合酸。除氫氟酸、發(fā)煙的三氧化硫及高溫的濃硫酸和濃磷酸外，鉭對其他的酸都是穩(wěn)定的。

鉭在200℃以下的酸性和堿性介質(zhì)中有很高的穩(wěn)定性，甚至比金、鉑都高。

鉭在濃堿液中耐腐蝕性不好。不耐碘化鉀及含氟離子的溶液。

鉭的腐蝕是均勻的全面腐蝕，對切口不敏感，不發(fā)生腐蝕疲勞和腐蝕破裂等局部類型的腐蝕。利用鉭的這一特性，可以做包復(fù)和襯里材料。

其他特種金屬材料

1. 雙相鋼

低級雙相不銹鋼（2304型）標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼（2205型）超級雙相不銹鋼（2507型）對于鐵素體－奧氏體雙相不銹鋼來說，它兼有鐵素體鋼和奧氏體鋼的特性。奧氏體的存在，降低了高鉻鐵素體鋼的脆性，防止了晶粒長大傾向，提高了鐵素體鋼的韌性和可焊性。鐵素體的存在，提高了Cr-Ni奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度，同時(shí)使鋼具有抗應(yīng)力腐蝕及焊接時(shí)熱裂傾向小等特點(diǎn)。這類鋼含有較高Cr、Ni、Cu、Mo等耐蝕合金元素。盡管雙相組織易引起微電池腐蝕，但若合金元素含量達(dá)到一定值時(shí)，使兩相均有可能在介質(zhì)中發(fā)生鈍化，不出現(xiàn)雙相選擇性腐蝕，其耐均勻腐蝕及孔蝕性能良好。

今天，雙相不銹鋼已經(jīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，不僅在化工、石化和制藥等方面應(yīng)用，還用于紙漿和造紙、食品和飲料以及建筑、樓房和結(jié)構(gòu)等方面。

但雙相不銹鋼最重要的應(yīng)用是化工、化肥、石化、電力和紙漿造紙工業(yè)中的反應(yīng)器和其他工業(yè)設(shè)備。在大多數(shù)應(yīng)用中，雙相不銹鋼被認(rèn)為是具有成本效益的替代材料，填補(bǔ)了普通奧氏體鋼如316L和較高合金之間的空白。

盡管一般認(rèn)為使用雙相合金是因?yàn)樗鼈兊哪突瘜W(xué)產(chǎn)品的腐蝕性能，但最重要的是在那些奧氏體不銹鋼不具足夠耐孔蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂性能的熱水溶液介質(zhì)中。

2. AL-6XN

AL-6XN合金是美國Allegheny Ludlum公司發(fā)現(xiàn)的超奧氏體不銹鋼，它比標(biāo)準(zhǔn)的300系列合金對氯離子具有較高的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和壓力縫隙腐蝕能力，比傳統(tǒng)的抗腐蝕鎳基合金成本低。

在不銹鋼中Cr、Mo、Ni、C分別對不同的介質(zhì)具有抗腐蝕性。Cr是在自然和氧化環(huán)境中是抗腐蝕代表，Cr、Mo、Ni的含量增長增加了抗點(diǎn)蝕能力，鎳提供了奧氏體結(jié)構(gòu)，鎳鉬增加了對氯離子的壓力縫隙腐蝕能力和對降低環(huán)境的抗腐蝕能力。

高鎳（24%）-鉬（6.3%）合金AL-6XN具有較好的抗壓力縫隙腐蝕能力。鉬具有抗氯離子點(diǎn)蝕能力，鎳進(jìn)一步增強(qiáng)抗點(diǎn)蝕能力，而且能提供比300奧氏體不銹鋼更高的強(qiáng)度，因此經(jīng)常應(yīng)用于設(shè)備中較薄的部分。在AL-6XN中，較高含量的鉻、鉬和鎳也提供了不銹鋼的成形和焊接時(shí)的抗腐蝕性能。

高鉻、鉬、鎳和氮使AL-6XN具有較好的抗氯離子點(diǎn)蝕能力、縫隙腐蝕，這就使AL-6XN應(yīng)用于很多環(huán)境中，如食品、海水或其它化工環(huán)境。

金屬復(fù)合材料

盡管特種金屬材料具有各自的較好的耐腐蝕性能，但同時(shí)也相對價(jià)格較高，這也是其中一些不能大面積推廣的原因之一，但金屬復(fù)合技術(shù)又從另一方面促進(jìn)了這些特種金屬材料的應(yīng)用。

金屬復(fù)合材料是由a、b、c等若干金屬或合金組元，經(jīng)不同的加工工藝復(fù)合而成的新金屬材料，各界面形成金屬鍵集結(jié)合，具有原單體金屬材料同等或更佳的性能。它既不是a也不是b（或c）。它綜合了構(gòu)成組元的優(yōu)點(diǎn)，而使單組組元的性能不足得到克服，它即優(yōu)化了材料設(shè)計(jì)，又體現(xiàn)了合理使用材料的原則，是當(dāng)前材料科學(xué)與工程的發(fā)展方向之一。

復(fù)合方式有：爆炸復(fù)合、爆炸-軋制復(fù)合、軋制復(fù)合，現(xiàn)國內(nèi)大多采用爆炸復(fù)合方式。

復(fù)合材料品種包括：復(fù)合板（兩層、三層）、復(fù)合棒、復(fù)合管。

優(yōu)點(diǎn)：

復(fù)層材料與基層材料性能的合理組合和配比；根據(jù)需要確定兩種材料的厚度比；節(jié)約貴重希缺金屬，降低設(shè)備造價(jià)；減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度或提高結(jié)構(gòu)的使用應(yīng)力。