鈦合金材料分析（鈦及鈦合金材料在化工介質及高溫與應力環境的腐蝕性探究）

2023-08-02 15:14:32

一、鈦在化工介質中的耐腐蝕性

1、硝酸

硝酸是一種氧化性酸，鈦在硝酸中，其表面保持一層緻密的氧化膜。因此,鈦在硝酸中有十分優良的耐腐蝕性。鈦的腐蝕率隨著硝酸溶液的溫度升高而增大，溫度在190～240℃、濃度在20%～70%之間,其腐蝕率最高可達10mm/a。但在硝酸溶液中加入少量含矽化合物,可抑制高溫硝酸對鈦的腐蝕；例如,在40%的高溫硝酸溶液中加入矽酮油後,腐蝕率可降低到幾乎等於零。也有資料介紹,在500℃以下,鈦在40%～80%的硝酸溶液和蒸汽中具有高度的耐腐蝕性。在發煙硝酸中,當含有二氧化氮在2%以上時,由於含水量不足引起強烈的放熱反應,而導致爆炸。

2、硫酸

硫酸是強還原性酸,鈦對低溫低濃度的硫酸溶液有一定的耐腐蝕。在0℃時,可耐濃度達20%的硫酸腐蝕,隨著酸的濃度和溫度的升高,腐蝕率增加。因此鈦在硫酸中的穩定性差,甚至在溶解氧室溫下,鈦只能耐5%的硫酸腐蝕。在100℃下,鈦只能耐0.2%的硫酸腐蝕。氯對鈦在硫酸中的腐蝕有抑制作用,但在90℃,硫酸濃度為50%時,氯反而引起鈦腐蝕加速,甚至引起著火。鈦在硫酸中的耐腐蝕性可通過向溶液中通入空氣、氮氣或添加氧化劑、高價重金屬離子來改善,因此,鈦在硫酸中無太大的實用價值。

3、鹼液

鈦在大多數鹼性溶液中具有良好的耐腐蝕性能,腐蝕率隨著溶液的濃度和溫度而漸增,在鹼液中有氧、氨或二氧化碳存在時,會加速鈦的腐蝕,在含有氧化氫的鹼液中,鈦的耐腐蝕性很差。但在氫氧化鈉溶液中的耐腐蝕性比氫氧化鉀好,既使在高溫高濃度的氫氧化鈉溶液中也有較強的耐腐蝕能力。如鈦在130℃、73%氫氧化鈉溶液中的腐蝕率僅為0.18mm/a，鈦與其它金屬所不同的是它在氫氧化鈉溶液中不會產生應力腐蝕破裂,但長期暴露可能產生氫脆。因此,鈦在苛性鹼和其它濃度鹼性溶液中使用溫度應是≤93.33℃。

4、氯氣

鈦在氯氣中的穩定性視氯中含水量而定。但在幹氯氣中不耐蝕,而且有引起燃燒的危險。因此,鈦材用於氯氣中一定要保持一定的含水量,在氯氣中保持鈦鈍化所需含水量與氯氣的壓力、流速、溫度等因素有關。

5、有機介質

鈦在汽油、甲苯、苯酚、甲醛、三氯乙烷、醋酸、檸檬酸、一氯代醋酸等中具有較高的耐腐蝕性。在沸點及不充氣的情況下,鈦在25%以下的甲酸中會受到嚴重腐蝕,在含醋酐的溶液中,鈦不僅受到嚴重的全面腐蝕而且會產生孔蝕。對於許多有機合成過程中所接觸的複雜有機介質如在生產環氧丙烷、苯酚、丙酮、氯代醋酸等化學介質中,鈦的耐蝕性優於不鏽鋼和其它結構材料。

二、鈦的幾種局部腐蝕特性

2.1 縫隙腐蝕 鈦的耐縫隙腐蝕性能特別強,只有在少數的化工介質中發生縫隙腐蝕。鈦的縫隙腐蝕與溫度、氯化物濃度、pH值以及縫隙的尺寸有密切的關係。據有關資料介紹,溼氯氣的溫度在85℃以上時易產生縫隙腐蝕。例如某些廠在冷卻器前先用一個填料塔直接冷卻使溼氯氣溫度降至65～70℃後,再進入鈦製冷卻器,以提高抗縫隙腐蝕,效果也很顯著。實踐證明:降低溫度是防止縫隙腐蝕行之有效的方法之一,在高溫氯化鈉溶液中也曾發生過鈦縫隙腐蝕。總之,對於易產生縫隙腐蝕的部位及部件,如密封面,管板與管子脹接部位,板式換熱器,塔盤與塔體接觸部位以及塔內緊固件應採用Ti-0.2Pd等鈦合金,在設計時應避免出現縫隙與滯流區。如塔內緊固件應儘量不採用螺栓連接。管板和管子採用脹接加密封焊接結構較單純脹接好,對於法蘭密封面,不宜採用石棉墊,應採用聚四氟乙烯膜包石棉墊。

6、高溫腐蝕

鈦的高溫耐腐蝕性,取決於所處介質的特性和自身表面氧化膜的性能。鈦在空氣或氧化性氣氛中,作結構材料能使用到426℃,但在250℃左右時,鈦開始明顯地吸氫,在完全的氫氣氣氛中,當溫度升高到316℃以上時,鈦吸氫變脆。因此,在沒有經過廣泛試驗的情況下,鈦不宜作溫度高於330℃以上的化工設備使用,從吸氫及機械性能等考慮,全鈦壓力容器其使用溫度不得超過250℃,熱交換器用鈦管使用溫度上限約為316℃。

7、應力腐蝕

除個別的幾種介質外,工業純鈦耐應力腐蝕極好,受應力腐蝕導致鈦設備損壞的現象還是罕見的。工業鈍鈦只有在發煙硝酸,某些甲醇溶液或某些鹽酸溶液,高溫次氯酸鹽,溫度為300～450℃的熔鹽或含NaCl氣氛,二硫化碳,正己烷及幹氯氣等介質中才產生應力腐蝕。鈦在硝酸中隨著NO2含量的增加和含水量的減少,其應力腐蝕破裂的傾向逐漸增大。在含20%游離NO2的無水硝酸中鈦的應力腐蝕傾向達到最大。在濃硝酸中含有高於6.0%NO2和低於0.7%H2O時,既使在室溫的情況下,工業純鈦也會發生應力腐蝕破裂。我國在98%濃硝酸中使用鈦設備時曾發生過嚴重的應力腐蝕和爆炸。工業純鈦在10%的鹽酸溶液中,有應力腐蝕破裂的敏感性,在含0.4%鹽酸加甲醇溶液中鈦產生應力腐蝕。綜上所述,鈦雖然在某些特殊介質中有應力腐蝕破壞現象,但與其他金屬相比,鈦對應力腐蝕破裂的抵抗力還是良好的；鈦在酸鹼中的耐腐蝕性很強，它能在酸鹼中形成氧化膜，但是也是有條件的，希望能對您在用我們的材料的時候有幫助。

免責聲明：以上內容轉載自鈦之家，所發內容不代表本平臺立場。全國能源信息平臺聯繫電話 010-56002763，郵箱 [email protected]