耐硫酸腐蝕材料如何選擇使用
作者：酸泵 來源：硫酸泵 發(fā)布時間：2021-06-17
由于硫酸的強烈腐蝕性，使生產(chǎn)硫酸和使用硫酸的設(shè)備造成了嚴(yán)重的腐蝕。為了防止或減輕這種腐蝕，保證生產(chǎn)的順利進行，各種硫酸設(shè)備的材料必須根據(jù)硫酸的腐蝕特性以及各種材料的耐蝕性能進行正確的選擇和合理的使用。
一、硫酸的腐蝕特性：
硫酸主要是用接觸法和鉛室法生產(chǎn)的。硫或硫化物，如硫化銅礦石經(jīng)過燃燒生成二氧化硫，在氧和催化劑的作用下，二氧化硫變成了三氧化硫，三氧化硫溶介于水即得硫酸。
當(dāng)硫酸濃度大于100%，并含有游離三氧化硫氣體時被稱為發(fā)煙硫酸。例如含有20%游離三氧化硫氣體的酸被稱為20%發(fā)煙硫酸或104.5%硫酸。
稀硫酸是一種非氧化性酸，隨著濃度的提高，硫酸就會變成氧化性酸，它可以被還原成二氧化硫。因此濃硫酸可以使鋼和鐵鈍化，使普通鋼鐵在濃硫酸中成為耐蝕。
但是硫酸會吸收空氣中的水份，一旦硫酸被稀釋到68%以下濃度時，碳鋼和鑄鐵的設(shè)備就會受到嚴(yán)重的腐蝕。在非氧化性的稀硫酸中，鋼和鐵不能通過在表面生成氧化膜而鈍化。氧和其他氧化劑的存在會改變稀硫酸的腐蝕特性。
但是在濃硫酸中，由于濃硫酸本身是一種氧化劑，因此氧和氧化劑就不會改變濃硫酸對金屬的腐蝕特性，正如不銹鋼在硝酸中那樣不受通氧或不通氧的影響。
二、高硅鑄鐵的耐硫酸腐蝕特性：
高硅鐵的典型成份為含碳0.95%，含硅14.5%，其余為鐵。從成份看，似屬于鋼，從組織和性能來看，它和鑄鐵相似，所以通常稱為高硅鑄鐵。它不含鉻和鎳等貴重合金元素，并且有很好的耐蝕性能。在硫酸中，從0~100%的濃度中，它具有比所有其他工程合金更好的耐蝕性，因此廣泛地被用于硫酸介質(zhì)中。但是高硅鑄鐵硬而脆，難以加工，只能鑄造。在使用中對溫度變化很敏感，激冷激熱也會開裂損壞，受機械振動或沖擊時也較易開裂，因此制造、安裝、使用都必須特別小心。但是，因為它硬，所以很耐磨，特別適宜在含有固體懸浮物或固體雜質(zhì)的硫酸中使用。
近年來，通過加稀土元素等辦法，高硅鑄鐵的脆性已經(jīng)有所改善，并且已經(jīng)可以制造泵、閥、硫酸濃縮加熱器、噴霧器、小型容器、貯槽出口、管子、電極、泡帽、塔體另件以及其他配件等。
三、鉛的耐硫酸腐蝕特性：
鉛被廣泛地用于稀硫酸中，在70%以下的硫酸中，鉛具有很好的耐蝕性，但是在濃硫酸中則不行。這種情況正好和碳鋼相反。
高純鉛在稀硫酸中具有較好的耐蝕性，但是它軟而強度低，蹄鉛在濃硫酸中具有較純鉛好的耐蝕性，但在稀硫酸中不及純鉛好。含銻4~5%的鉛通常被稱為硬鉛，具有比純鉛較高的機械強度，適宜制作鑄件等，但是這種“高強度”在溫度高達87℃時即便消失，甚至變得比純鉛還低。另外“硬鉛”的耐蝕性也沒有純鉛好，這在選用時必須注意，特別在高溫下使用的設(shè)備更要注意。
由于鉛軟而易于磨損，因此高速酸或含有固體雜質(zhì)的介質(zhì)往往會破壞其表面的硫酸鉛保護膜，使鉛加速腐蝕，所以鉛不宜制作泵，也很少用作閥。襯鉛的容器，在高溫或帶有磨損的條件下，常常用內(nèi)襯耐酸磚的辦法來保護。
四、碳素鋼的耐硫酸腐蝕特性：
碳素鋼廣泛地被用作室溫下濃度大于70%的硫酸設(shè)備，如貯槽、管線、槽車和船倉等。通常盛裝78%、93%、 98%的硫酸和發(fā)煙硫酸。
等腐蝕曲線顯示，在硫酸濃度為101%附近，曲線明顯下凹，表明此處腐蝕迅速增加，選用碳素鋼時要特別注意。在硫酸濃度85%附近，曲線也稍有下凹，表明此處腐蝕稍有增加。
曲線的虛線部分表示數(shù)據(jù)不足，曲線位置多少是帶有推測性的。不論在什么溫度下，在小于65%的硫酸中，碳素鋼是不能使用的。溫度在65℃以上時，不論硫酸濃度多大，碳素鋼一般也不能使用。
較高的流動速度會增加硫酸對碳素鋼的腐蝕，如碳素鋼制的泵使用壽命很短，但是每秒幾英尺的流動速度，似乎還不會改變它的腐蝕特性。固體懸浮物會引起碳素鋼的磨損腐蝕。
充空氣對碳素鋼在濃硫酸中的腐蝕影響很小，因為濃硫酸本身是氧化性的。但是發(fā)現(xiàn)“空氣泡”對通濃硫酸的管線卻有破壞作用。例如一根通93%硫酸的碳素鋼管線，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)沿著管子內(nèi)壁的頂部出現(xiàn)溝槽，溝槽深而銳利，而在管子的其他內(nèi)表面上幾乎沒有腐蝕。
這顯然是由沿著管子內(nèi)壁上方浮動的“空氣泡”引起的。空氣是通過泵的墊料處吸入，并隨著流動的硫酸進入系統(tǒng)內(nèi)部、這種“空氣泡”的破壞作用可以通過排出空氣或防止空氣從泵、閥等處進入管線而得到克服。
碳素鋼在濃硫酸中使用，因焊接等原因受熱后，在局部地區(qū)會出現(xiàn)“牛皮癬”腐蝕，這是由于珠光體組織受熱后球化引起的，將碳鋼經(jīng)850℃左右的正火處理后可以防止“牛皮癬”腐蝕的發(fā)生。
五、低合金鋼的耐硫酸腐蝕特性：
低合金鋼在硫酸中的耐蝕性大體和碳素鋼相似，但是含銅或含鉬的某些低合金鋼在室溫稀硫酸中的耐蝕性有所提高。例如09CuWSn鋼在室溫稀硫酸中具有比普通碳素鋼好得多的耐蝕性，在濃硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。
六、鑄鐵的耐硫酸腐蝕特性：
普通鑄鐵在硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。但是灰鑄鐵在濃硫酸中會發(fā)生開裂現(xiàn)象。這是因為酸能夠沿著連續(xù)的片狀石墨組織滲入鑄鐵內(nèi)部，使鑄鐵內(nèi)部發(fā)生腐蝕。
由于腐蝕產(chǎn)物體積增大，而使局部產(chǎn)生很高的應(yīng)力。隨著腐蝕產(chǎn)物的增加，局部內(nèi)應(yīng)力不斷增加，后導(dǎo)致鑄鐵開裂損壞。因此在硫酸中普通灰鑄鐵通常不宜采用。
如果通過熱處理，使連續(xù)的片狀石墨組織變成不連續(xù)的球狀組織，這樣硫酸就不會滲入鑄鐵內(nèi)部，從而就可以防止鑄鐵在硫酸中發(fā)生開裂現(xiàn)象。因此，所謂可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵或延性鑄鐵在硫酸中就具有較好的使用性能。
鑄鐵和碳鋼一起在100%左右的硫酸中使用時，可能會發(fā)生電偶腐蝕。由于鑄鐵較脆以及考慮到安全等的原因，因此在可能的條件下應(yīng)該寧用碳鋼而少用鑄鐵。
