醋酸工业中几种典型耐蚀材料的特性及应用探讨

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德国DIN
瑞典SIS
法国NF 1Cr18Ni9Ti 321321S2012X18H9T SUS321X10CrNi Ti1892337Z10CN T181110Cr18Ni9304304S1504X18H10
SUS304X5CrNi1892333Z6CN1811000Cr17Ni14Mo2
316L 316S12SUS316L X2CrNiMo18102353Z2CND17112
强度介于锆702和锆705
锆706
成份相似, ,但抗拉性能则略低一些。,
备,如板式换热器。
锆材物理机械性能见表6。
表6室温下锆材的机械性能(T为测试样板厚度
牌号(
ZIR702
(
ZIR704
(
ZIR705
(
ZIR706 (
抗拉强度, MPa 379413552510屈服强度, MPa 207241379345延伸率012%偏差,
钛材的耐蚀性能次之目前国内应用比较广泛是醋酸工业中比较理想的耐蚀材料得注意的是这种材料对醋酸介质中某些有机根离子的耐蚀性比如i316st等188奥氏体不锈钢消耗相对最低价格也较便宜但其耐蚀性能范围较窄对醋酸等有机酸的耐蚀性能相对较差醋酸工业中往往使用在工况简单常温下的成品管线及阀双相不锈钢耐蚀性能较好强度更高但是双相不锈钢国内生产的牌号有限产量也有大部分材料还是依赖进口相信国内很多优秀的不锈钢生产企业也会逐渐开发生产更多的双相不锈钢产品其前景将非常的广阔
表3锆材牌号表
牌号标准性质
Z ir 702ASTM R60702非合金Zr
Z ir704ASTM R60704Zr 2Sn 2Fe 2Cr
Z ir705ASTM R60705Zr 2Nb
Z ir706ASTM R60706Zr 2Nb
锆702、锆704、锆705在化工中应用较广,锆706为最新的Zircadyne合金,其各种性能更为优越。
112钛及钛合金
随着现代化工对设备的耐蚀性和可靠性要求的不断提高,钛材越来越得到广泛使用。常用的钛材有工业纯钛, TA9(Ti 2012pd和
(Ti 2013Mo 2018Ni等
个牌号中,。113
锆材是世界上第三代的优良特种耐蚀材料,美国ASTM标准对锆材的制造、加工、检测、库存、包装等有极其严格的要求。锆材有4种牌号见表3。
16~1812~152~3Z8CNDT18112
0101
1100
2100
01045
0103
10~20
10~14
2~3
Ti ≥5×%C9
12004,14(5周 逊 醋酸工业中几种典型耐蚀材料的特性及应用探讨 周 逊:工程师。1992年毕业于成都科技大学化工机械专业。联系电话:13983276302。
川维厂采用了法国的Z8CND T17112、Z2CND17112和Z5CND T21108;日本的SUS316L ;中国的0Cr18Ni9Mo2Ti等材料,均取得了较好的耐醋酸腐蚀效果。然而, 304、304L、321等牌号耐醋酸腐蚀的性能却不太理想,因此,有醋酸介质的管道和设备采用这些材质是不合适的。
,抗拉强,即:容器42个耐蚀低合金钛TA10。其它17个牌号的钛合金均高于550MPa ,其中有10个牌号高于800MPa。
前6种牌号的钛,其屈服强度下限值低于410MPa ;其它17个牌号的强度高于470MPa ,其中10个牌号高于700MPa。因此,钛的强度高于一般的容器用钢。容器用钛的6个牌号在退火状态下,屈强比一般低于018,其它17个牌号则高于018,因此,钛的屈强比比容器用钢高。由于钛的强度比碳钢和不锈钢高,钛的腐蚀裕量取得很小或取零,因此,钛构件较其它钢构件薄、重量轻。
醋酸工业中几种典型耐蚀材料的特性及应用探讨
周 逊Ξ扬子江乙酰化工有限公司 重庆401254
摘要 介绍醋酸工业中18-8奥氏体不锈钢、钛及钛合金、锆及锆合金和双相不锈钢的耐腐蚀机理,
并对其性能及应用进行了分析。
关键词 醋酸 耐腐蚀材料 特性 分析
在不同时期、不同的工况条件下醋酸工业中
:188奥氏体不锈钢、,逐渐将替代2型耐腐材料表面钝化生成致密氧化膜而耐腐蚀的。在不同工况下,它们的耐蚀能力不同。下面将对这些材料性能及应用进行分析和探讨。
脆化。因锆是活泼金属,高温情况下易于与其它物质如H 2、CO 2、N 2等发生反应,引起脆化。焊接时必须采用惰性气体两面保护焊接。常用锆材焊接方法有:钨极惰性气体保护焊接法、等离子弧焊接法和电子束焊接法。
锆在醋酸工业中广泛应用于设备、管道、反应器、容器、搅拌器、换热器、塔盘、塔密筛去雾器、泵和阀门等。在扬子江乙酰化工有限公司的醋酸装置中大量使用了锆材,就是因为其具有优越的抗蚀性能。这一点美国MOMSAN TO公司已有二十多年的应用经验和十万多小时的操作经验。
0Cr18Ni12Mo3Ti 317
317S16
SUS317
X5CrNiMo18122344
0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti
X5CrNiMoCuTi2018
常用的1828奥氏体不锈钢组份见表2。
表2常用1828奥氏体不锈钢组份表
(%牌号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
其它
304≤0108≤1100≤2100≤01045≤010318100~201008100~10150N ≤011321≤0108≤1100≤2100≤01045≤010317100~191009100~12100Ti ≥5×%C
, ,其腐蚀减薄量极小,均小于0102mm/a。由此可见,在上述醋酸介质工况条件下,工业纯钛材的耐蚀性能优于18-8奥氏体不锈钢。
312钛及钛合金
钛的化学活性高,很易与氧等元素发生反应。钛在空气及氧化性、中性水溶液介质中,表面很易产生致密的氧化钛钝化膜,具有极好的耐蚀性。钛的钝性系数为2144(铁为0118,镍为0137,钼为0149 ,是钝化性很强的钝化型耐蚀金属,用钛制作容器正是因为其耐蚀性比18-8奥氏体不锈钢更强。由于钛的耐蚀性是由表面氧化膜所致,因此,一般的工业钛和钛合金在高温盐酸等强还原性介质中不耐蚀。钛的电位比常用金属高,在电偶腐蚀中钛常为阴极,易产生阴极析氢,导致钛的氢脆。钛容器在制造过程中,其表面易受铁污染,与腐蚀介质接触时会造成电偶腐蚀,易导致钛阴极析氢与钛氢脆,因此,钛容器在制造后最好进行化学钝化处理或阳级化处理,以消除铁污染。钛非常容易吸收H、O、N元素,特别是H元素,因其原子半径小,扩散速度大,即使温度不高也容易被吸收而使钛脆化。钛材延伸率从氢含量为300~500ppm起急剧下降;冲击韧性从氢含量40ppm起下降,因此,钛中的氢含量不得大于150ppm。
锆材4种牌号的组份见表4所示。
表4锆材组份表(%
Zr +Hf C O H N Fe +Cr其它Zir70299120105011601005010250120max Hf415%max Zir70595150105011801005010250120max Nb2%~3% Zir7049715010501180100501025012~014Sn1%~2% Zir7069515010501160100501025012max Nb2%~3%
111118-8奥氏体不锈钢
18-8奥氏体不锈钢是含Cr18%、Ni 8%~9%的一系列奥氏体不锈钢的统称。由于具有优
良的耐蚀性、良好的热塑性,而且冷变形能力和可焊性好,因此,在醋酸工业中被广泛应用。其常用牌号见表1。
表1常用18-8奥氏体不锈钢牌号对照表
中国G B
美国AISI
英国BS
苏联TOCT
日本J IS
钛的塑性偏低,在退火状态下才具有良好的塑性,否则,在制造和使用时就会出现开裂。钛不产生低温脆性转变,在深度低温下(如-268℃仍能保持良好的塑性,因此,钛可用作低温容器。钛的韧性偏低,我国工业纯钛的实测水平αkv为1317~2016J ,比容器用钢低。由于钛的缺口敏感性较高,其构件应尽量保持连续性,避免形状的突变和应力集中。
316≤0108≤1100≤2100≤01045≤010316100~1810010100~14100
2100~3100
N ≤0101316L ≤0103≤1100≤2100≤01045≤010316~1810~142~3N ≤0101
SUS316L ≤0103
≤1100
≤210
≤0104
≤0103
min %
16141620弯曲测试半径5T 5T 3T 215T 3抗蚀特性及应用特点
31118-8奥氏体不锈钢
18-8奥氏体不锈钢中的Cr元素能提高氧化环境下的抗蚀性, Mo元素能提高防点蚀性, Ni元素能提高在热醋酸中的抗蚀性, Ti元素则能稳定奥氏体,增加抗蚀性。
18-8奥氏体不锈钢主要用于氧化性介质中,尤其在空气、中性水溶液和各种氧化性介质中十分稳定。在酸性溶液中的耐蚀性则视氧化性酸或非氧化性酸以及氧化性强弱而异。例如,在室温下,对各种浓度的HNO 3和H 2SO 4都是耐蚀的,但在沸腾的浓HNO 3中,则会引起过钝化而剧烈腐蚀。中等浓度以下的H 2SO 4,尤其在温度较高时其腐蚀性非常严重。而醋酸腐蚀的特点为:它属于有机酸,酸性不强,但腐蚀性很强,尤其在中低浓度(70%左右和温度偏高的情况(>100℃下其腐蚀性更强。
02
CHEMICA L ENGINEERING DESIGN化工设计2004, 14(5
盘和塔盘支撑。由于锆705的强度级别,通常在用作容器壳体时显得最经济,因较薄的许用壁厚,可以大大降低材料的消耗量。根据美国机械工程再沸器协会和压力容器规范第V III章,锆702和锆705允许用在容器构件上。另外,也允许使用于紧固件。在腐蚀状况允许的情况下,由于锆705的强度高,它更被优先选用。许多早期工业的生产中,也使用锆704,它是一种锆合金,含少量的铁和铬,这与用于核工业的锆合金相似。在大部分化学介质,尤其在高温、高压的水和蒸汽介质中,性能更为优越。锆704
313锆及锆合金
锆是活泼金属,在空气中能迅速产生一层致密的氧化附着层,这使得锆与它的合金具有抗蚀性。锆材的抗蚀性机理与18-8奥氏体不锈钢、钛及钛合金相同,均是表面产生钝化膜而耐蚀。
12
2004,14(5周 逊 醋酸工业中几种典型耐蚀材料的特性及应用探讨
但与18-8奥氏体不锈钢、钛相比,锆材具有抗蚀范围更宽、耐蚀性更可靠等特点。抗蚀性范围比较见图1
钛易蠕变,设计温度较高时(>350℃ ,除按抗拉强度计算外,还应按蠕变强度校核;在室温下即有少许蠕变,设计可不考虑。钛的熔点高,比重为415,仅约为碳钢、不锈钢、镍合金、铜的一半,而强度则比一般金属高。
213锆及锆合金
在锆材的几种牌号中, Zir702使用最广泛,它具有最好的抗蚀性,但其强度最低。在大多数状况下, Zir705的抗蚀性与Zir 702相似,但Zir 705具有更高的强度。Zir705的强度几乎是Zir702的2倍。Zir705比Zir702更易成形,在加工时可以对部件进行压变成形,例如:汽提塔塔
0Cr17Ni14Mo30Cr17Ni12Mo2316316S16SUS316
X5CrNiMo18102347
Z6CND171110Cr18Ni12Mo2Ti 316Ti 320S3108X17H13M2T
X10CrNiMo Ti1810
Z6CND1711200Cr18Ni12Mo2Ti 317L 317S12SUS317L X2CrNiMo1812Z8CNDT17112

图1, 705。ASM E ,原因在
。现在, ASM E不再禁止锆705用于压力容器,但其条件是焊接开始后的14天之内必须进行热处理。在扬子江乙酰化工有限公司醋酸装置中,压力容器未使用锆705,其原因是在14天内进行热处理的条件难于
实现。但金属构件例外,它可以在规定时间内完成热处理。锆合金在焊接时与空气接触,会发生
18-8奥氏体不锈钢中的含Mo或Ti元素的超低碳不锈钢,如:中国牌号的Cr18Ni9Mo2Ti、法国牌号的Z8CND T17112、日本牌号的SUS316L、美国牌号的316L等,则可以满足室温下浓醋酸的腐蚀工况。但在醋酸温度较高而浓度偏低的工况下,这些材料其耐醋酸腐蚀性则不理想。如:醋酸精馏塔的材质为Z5CND T21108,塔体厚度4mm ,腐蚀裕度1mm ,介质为醋酸(浓度97% ;操作条件:130℃,压力为。每年的腐蚀检牌来自号σb强度极限
(kgf/mm 2
σs
屈服强度
(kgf/mm 2
σ
拉伸率
(%
φ
断面收缩率
(%
αk冲击韧度N/mm 2 316≥63≥32≥30≥40
316L ≥63≥32≥30≥40
X10CrNi 2
Mo Ti18110
51~5723405085 SUS316L ≥53≥21≥40
212钛及钛合金
2机械性能
21118-8奥氏体不锈钢
18-8奥氏体不锈钢的强度、硬度均很低(硬度约HB135 ,无磁性、塑性、韧性及耐蚀性均较好,较适宜于冷作成型,焊接性也较好。因而, 18-8奥氏体不锈钢广泛地使用于不同领域中,约占不锈钢产量的70%。18-8奥氏体不锈钢常用牌号的机械性能见表5。
表5常用1828奥氏体不锈钢机械性能表
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