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一文了解镍及镍合金焊管的耐蚀性

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一文了解镍及镍合金焊管的耐蚀性

镍是一种银白色金属,在空气中很容易被空气氧化,表面形成有些发乌的氧化膜,因此人们见到的镍常颜色发乌。镍质坚硬,有很好的延展性,磁性和抗腐蚀性,且能高度磨光。镍在地壳中含量也非常丰富。在自然界中以硅酸镍矿或硫、砷、镍化合物形式存在。镍及镍合金焊管广泛用于飞机、雷达等各种军工制造业,民用机械制造业和电镀工业等。在很多介质中,甚至在强腐蚀介质中,镍及镍合金都具有很高的耐蚀性,加之其良好的力学性能与物理性能,因此在许多腐蚀环境中得到了广泛的应用。

镍管的耐蚀性特点

镍的标准电极电位为-0.25V,镍在大气中表面会存在一层化学稳定性高的钝化膜,镍钝化后,电极电位更高,因此镍在大气环境中有很高的耐蚀性。

镍管在碱性溶液和热浓碱液环境中具有优异的耐蚀性能,不会产生碱脆型应力腐蚀,但是在高温(300-500℃)、高压和高浓度(质量系数为0.75~0.89)苛性碱中,在拉应力条件下,镍管会产生沿晶腐蚀断裂;在中性和微酸溶液(包含一些稀的非氧化酸、有机酸)及其有机溶剂等介质中,镍管的耐蚀性能较好;在氧化性酸和含有氧化剂的溶液及许多熔融的金属中,镍管则不耐蚀。镍管的重要盐类为硫酸镍和氯化镍。与铁,钴相似,在常温下对水和空气都较稳定,能抗碱性腐蚀,故实验室中可以用镍坩埚熔融碱性物质。镍管可溶于稀酸中,和铁不同是,钴和镍与浓硝酸激烈反应,与稀硝酸反应较慢。在淡水、海水和高温干氯等介质中,镍管有良好的耐蚀性能,但在含硫化物(SO2)的大气中不耐蚀。另外,镍管对各类食品也有良好的耐蚀性能。

 

镍合金焊管的耐蚀性

1.Ni-Cr合金焊管

Ni-Cr合金焊管中的铬质量分数与不锈钢的铬质量分数相当,因此在一般腐蚀介质中,两者在耐蚀性能也差不多;但因为Ni-Cr合金焊管中的镍质量分数比不锈钢的镍质量分数高,所以在热碱液与碱性硫化物等介质中,其耐蚀性和抗高温氧化性能比不锈钢好。实验表明,Ni-Cr 系列合金焊管的耐蚀性是Cr 含量的函数,耐蚀性随着Cr 含量的增加而急剧增加,当Cr 含量大于50%时,耐蚀性则开始变坏。其中Cr35Ni65 合金的耐蚀性最佳。

最早使用的Cr20Ni80电热合金,在高温氧化性能中,表面生成致密的Cr2O3氧化膜,能阻止进一步的氧化,Cr2O3是高温下唯一的热力学稳定的固相Cr的氧化物因而具有良好的抗高温氧化性能。它在氧化气氛中使用温度达1150℃,在还原性气氛中使用温度也高达1100℃。Cr20Ni80因其镍含量较高,所以在硫化物的介质中的耐蚀性能较差。

Cr20Ni80电热合金焊管基础上发展出的Inconel合金焊管,成分比较复杂,出基本元素Ni外,合金中含有Cr,Fe,Nb,Al,Mn,Si,Cu,S等元素。由于其在高温下具有高的力学性能和抗氧化性能,因此常作为高温材料和耐酸合金使用。例如,Inconel600合金焊管,可在碱中、常温的磷酸和硫酸、低浓度的沸腾硫酸、低温低浓度的氢氟酸等介质中使用,也在醋酸、脂肪酸等有机酸中有良好的耐蚀性。Inconel600合金焊管,可在碱中、常温的磷酸和硫酸、低浓度的沸腾磷酸、低温低浓度的氢氟酸等介质中使用,也在醋酸、脂肪酸等有机酸中有良好的耐蚀性。Inconel600对介质中氯离子引起的应力腐蚀不敏感,但在高温的碱中有产生应力腐蚀的可能。

2.Ni-Mo合金焊管

Ni60Mo20Fe20(Hastelloy A),Ni65Mo28Fe5V(Hastelloy B)是两种典型的Ni-Mo合金,合金中Mo的质量分数大于0.16,可使合金的耐蚀性显著提高。Ni-Mo合金的最突出特点是其具有优异的奶盐酸腐蚀性能,尤其是Hastelloy B比Hastelloy A更耐盐酸腐蚀。

在硫酸、磷酸、氢氟酸、溴酸、甲酸、醋酸及有机酸等非氧化性酸中,Ni-Mo合金具有良好的耐蚀性。在氯化铝、氯化镁、氯化铜、氯化锑等非氧化性闫荣业和湿氯化氢气体中,Ni-Mo合金也具有良好的耐蚀性。但是,在含氧化性离子的溶液,如硝酸等氧化性酸中,Ni-Mo合金的耐蚀性不好。在硫酸和盐酸中,只要有10-6量级质量分数的氧化性盐存在,就可以显著增大Ni-Mo合金的腐蚀速率;盐酸中的溶解氧、微量的硝酸杂质都会使Ni-Mo合金的腐蚀速率增加,尤其是后者的作用更加显著。

Ni-Mo合金在许多介质中没有应力腐蚀倾向,但在高温、高压的纯水中,其晶间型应力腐蚀开裂的敏感性很高。

3.Ni-Cr-Mo合金焊管

具有代表性的Ni-Cr-Mo合金是HastelloyC(Ni-16Cr-16Mo-4W)和不含W的Chromet合金。为改善HastelloyC合金在敏化状态下晶间腐蚀敏感性,在HastelloyC合金的成分基础上降低合金中的碳、硅质量分数,就发展出HastelloyC-4,HastelloyC-276合金。

HastelloyC为面心立方晶格结构。通过控制铁和铬含量在最小值,降低了加工脆性,阻止了在700~870℃间Ni4Mo相的析出。具有优异的抗应力腐蚀开裂能力和好的耐局部腐蚀能力,在很多化工工艺介质中有满意的耐蚀特性,包括浸蚀很强的无机酸溶液、氯气和含氯化物的各种介质、干燥氯气、甲酸和醋酸、海水和盐水等,但在盐酸中的耐蚀性不如Ni-Mo合金。因而,合金HastelloyC在化学、石化、能源制造和污染控制领域中有着广泛的应用,尤其是在硫酸、盐酸、磷酸、醋酸等工业中。

HastelloyC-4合金比HastelloyC-276合金的碳质量分数更小,在敏化状态或焊接态,析出的碳化物和金属间化合物相对少,因此,在氧化性介质和含氯化物介质中不致产生严重的晶间腐蚀。

4.Ni-Cu合金焊管

Ni-Cu合金也称Monel合金,其成分(质量百分数)Cu0.27~0.29,Fe 0.02~0.03,Mn 0.012~0.018,其余为Ni。Ni和Cu可形成无限固溶体,当合金中摩尔分数XNi<0.50时,其耐蚀性接近于Cu,反之,其耐蚀性接近于Ni。因此,在一般腐蚀介质中,Ni-Cu固溶体合金与铜或镍相比,更具优越性。Monel合金最突出的特点是,在各种浓度和温度的氢氟酸中非常耐蚀,其耐蚀性仅次于铂和银。

Monel合金中最重要的之一就是Monel400合金(UNS N04400或MCu-28-1.5-1.8或Ni68Cu28Fe) ,它是一种在海水、化学溶剂、氨硫氯、氯化氢、各种酸性介质如硫酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、有机酸,碱性介质、盐和熔融盐中具有良好耐腐蚀性能的镍基合金材料,一般不产生应力腐蚀裂纹。Monel400合金同时具有良好的机械性能,切削性能良好,从低温到高温广泛的使用温度,具有良好的焊接性能和中、高强度。Monel400主要应用于化学和石油化工以及海洋开发等领域。可用来制造各种换热设备、锅炉给水加热器、石油和化工管线、容器、塔、槽、阀门、泵、反应釜、轴等。

三、结语

镍及镍合金一直在不断发展,镍及镍合金焊管主要应用再石油化工行业,酸和碱工业,热处理炉中,尤其是在碳化和氮化气体中;核反应堆发电设备,热交换器;抗氯气和氟气腐蚀:有机物和无机氯化物和氟化物生产;氯气法制二氧化钛,腐蚀性碱金属的生产和使用领域,特别是使用硫化物的环境,抗氟化氢腐蚀,铀氧化转换成六氟化物,抗氯气,氯化氢,氧气和碳化腐蚀:氯乙烯单体生产,侵蚀气体中的热电偶套管,喷气发动机部件,涡轮喷气发动机补燃部件,其它在高温条件下的部件。