耐蚀材料与环境.docx

化工耐蚀新金属材料的开发与环境关键词：化工 耐腐蚀 新材料不锈钢 低合金钢 应用环境 耐蚀材料可持续发展 腐蚀 环境材料摘要：回顾了20世纪60年代至70年代国内化设备耐腐性钢种材料开发应用情况，并对现金比较常见的几中耐蚀材料简要介绍，概括耐蚀材料对环境的影响和未来的发展。材料得腐蚀是随处可见的自然现象，尤其是金属材料的腐蚀更为普遍和严重。腐蚀破坏不仅在工业生产中造成巨大的经济损失，也影响到人们的日常生活。因此，研究材料的腐蚀机理，探求提高材料的耐蚀性的途径，开发新的耐蚀材料，已成为材料科学与研究及工程应用中的重大课题。下面是对现金比较常见的几中耐蚀材料简要介绍SRIM825：属镍铁铬系镍基耐蚀合金，并添加少量钼和铜。在还原性酸和氧化性酸中，有很好的耐蚀性。抗应力腐蚀开裂、抗点蚀和缝隙腐蚀，对硫酸和磷酸有优异的耐蚀性。具有良好的冷热加工性能，易于冷成型和焊接。适用于化工行业。 174PH沉淀硬化不锈钢材料：它是一种马氏体沉淀硬化不锈钢材料。除马氏体转变易强化外，还可以通过时效进一步强化，且其耐腐蚀性能和可焊接性都比一般马氏体钢好，与188型奥氏体钢相似。适合于制造要求耐蚀好且要求高强度的设备零件。 2205双相不锈钢： 它是一种以铁素体和奥氏体两相组织共存的不锈钢。其机械强度、耐腐蚀性能均明显优于典型的奥氏体钢316L，在稀硫酸、纯有机酸及其混合酸介质中及微咸水、海水、含氯离子介质条件下都有良好的使用效果。广泛应用于化学、石油化工、船舶、水电和环境保护等工业领域。 Monel 400合金：属镍铜合金。合金组织呈单相固溶体。在氢氟酸和氟气体介质中耐腐蚀性能优良。对热浓碱液耐腐蚀性能优良，且可用于高温卤素、海水及多种有机酸介质中。其特性之一是一般不产生应力腐蚀破裂。可广泛用于化学工业、石化、船舶、核工业、电子通讯等领域。 Carpenter 20合金：它是一种FeNi基Cr-Ni-Fe合金。在硫酸和硝酸及其混合酸介质中有良好的耐腐蚀性能，有较好的耐应力腐蚀性能和耐还原酸腐蚀性能，冷热加工性能好。广泛应用于化学工业、石油化工、冶金及稀有金属提炼等领域。 347不锈钢： 具有良好的抗晶向腐蚀性能的奥氏体不锈钢。在酸、碱、盐液中都有良好的耐蚀性，在800以下空气中有良好的抗氧化性能和可焊接性能。广泛应用于航空、化学、石油化工、食品、造纸等领域。 SRIM C276：属超低碳型镍钼铬系镍基合金。在充氧或有氧化剂存在的还原性酸中，以及有氯离子、氟离子存在的氧化性酸中，具有独特的耐蚀性。有优异的耐点蚀、耐均匀腐蚀及耐晶间腐蚀性能，又有良好的高温力学性能。广泛应用于核工业、化学、石油、和有色冶金等行业。 SRIM B：属镍钼铬系镍基耐蚀合金。对所有浓度的沸腾盐酸都具有良好的耐蚀性，而且还能耐硫酸、磷酸、氢氟酸、甲酸、醋酸和其它有机酸等非氧化性酸的腐蚀。具有较高的高温强度、尺寸稳定、比电阻高等特点，且冷热加工性能良好。广泛应用于化学、石油化工以及电子工业等领域。 耐硫酸露点腐蚀用钢（ND钢）：耐蚀性能比普通碳钢提高10倍以上，比日本Corten钢、CRIA钢和S-ten钢都有较大提高。用于制造锅炉压力容器、石化和电力工业的管、板等。耐氯离子腐蚀不锈钢（C15）：属高钼奥氏体不锈钢。在含氯离子介质中使用寿命比普通不锈钢（304、316L）高数倍以上。适用制造在海水、污水、各种含氯离子的化工介质中工作的零部件。 940不锈钢：属马氏体不锈钢。具有高强度、高硬度、耐腐蚀等特性。硬度HRC50。适用于制造在海水及各种含氯离子的化工介质中承受腐蚀磨损的零部件。高强度耐磨、耐腐蚀双相不锈钢（WH4）：属高铬低镍双相不锈钢。在硫酸、磷酸、硝酸、醋酸、甲酸以及含氯离子等介质中的耐蚀性能远优于316和316L不锈钢，在标准点腐蚀试验条件下的抗点蚀性能与904L钢相当。适合制作各种化工设备及配件以及具有强腐蚀性和磨损工况条件下使用的泵、阀及离心机板网与筛网。 耐浓硫酸腐蚀用高硅不锈钢（NS-80）：在8090%100%硫酸中耐蚀性优于Alloy200合金及316L、304等不锈钢。适用于制造硫酸丝网除沫器、泵、阀等。A18高强度无磁不锈钢： 强度高、断裂韧性好、抗海水及应力腐蚀性能好，磁导率()1.002h/m。适用于要求无磁、防锈的高强度零件及无磁模具上世纪60至70年代,国内化学工业得到了迅速发展。化工设备对耐蚀材料的需要量日益增加 ,例如不锈钢，远远不能满足需要 ,为此冶金部门大力发展节也克服了西方发达国家的经济封锁。现代石化生产充分利用国产富有资源,除采用一般不锈钢外,越来越 向高等级方向发展,主要是采用高镍高铬超级奥氏体不锈钢及镶基合金,这样就需要较多的镍铬,而镍铬又是重要的战略物资,国内镶格资源较紧缺,大多需要进口。而充分利用国内富产的稀土、铁、妮、钒 、铝、硅与硼及适当利用锰、相、钨、锑与锡,综合利用铜、磷等资源。开发耐蚀钢与合金,不但具有明显的经济效益,而且具有较大的政治意义。30 多年来国内所研制应用的许多耐蚀钢,特别是碳按用钢基本上已 被淘汰。老钢种可通过精炼与成分改进,能推陈出新,满足与适应现今石化生产需要。如渗铝钢,最初采用液体浸铝扩散法,后又开发包埋法与料浆感应渗铝,以及研究焊接材料与工艺,制作换热器与炉管等,已 在石化系统得 到大量推广。老成果不应束之商阁,希望推陈出新改革开放前冶金部门开发的许多耐蚀新材料大部分未能发挥作用，半途而废。如国内自行设计的人钢,从实验室试验直至大型设备试用,证明可用来代替尿素,维纶工程设备中所使用的 1 8 -1 2 M 钢。但限于当时的冶炼条件,在生产工艺 、表面质量,焊后近缝 区组织与杂质控制等方面均存在诸多问题。20世纪70年代有人提出信息、能源、材料是当代文明的三大支柱,而材料永远是发展各种技术、提高人民生活水平的物质基础,是人类能否可持续发展的主要决定因素之一。随着可持续发展战略在世界各 国国民经济发展中受到普遍重视,90年代初,提出了环境材料和环境材料学的概念,并在短短几年内得到了迅速的发展。如何保护生态环境,减少和控制在材料制备、加工和使用过程中对环境的污染，变过去忽视生态环境,单纯追求高性能、高附加值的材料发展思路为探索发展既有良好性能或功能,又对资源和能源消耗较低,的材料与制品,建立材料的环境影响和评价方法与标准,是摆在材料科学工作者面前的一项紧迫任务。事实上,现有的任何一种材料,一旦引入环境意识加以改进,使之与环境有良好的协调性,就应该列于“环境材料”的行列。材料的耐蚀性能作为材料众多性能中的一个主要性能，环境调和型耐蚀材料与技术的开发也应引起腐蚀与防护工作者的重视,应该为可持续发展战略提供必要的耐蚀材料。耐蚀材料与环境有着密不可分的关系，已有学者提出了“22世纪材料”及“千年材料”的概念,将材料开发与环境的关系,扩展到以百年,甚至以千年的时间界限内来考虑 。腐蚀对环境有很大的影响，缩短了材料的使用寿命,增加了材料的使用量,同时也必然增加材料制造时所需的能源。据日本和德国平均数据,钢铁业能源消耗已占整个工业能源消耗的30%以上。由于冶炼工业中采用的燃料多为产生二氧化碳和二氧化硫气体的煤炭,因此材料制造业对全球温室效应和酸雨酸雾的产生扮演了要的角色。由于钢铁材料的大量使用,又需要做大量的防腐蚀保护工作,表面技术是钢铁腐蚀保护的有效手段之一,而目前大量使用的镀层和涂料中含有的有害金属和挥发性有机化合物向环境中的扩散,又进一步剧了环境的恶化。另外,腐蚀造成设备和管道损坏的同时,又造成了物质的泄漏,泄漏出的化学物质随之进入大气、河流和湖泊,这也已成为环境污染的来源之一。此外,由于腐蚀产物和污垢的形成,既增加了流体输送的动力,又增加了热阻,仅降低热效率一项,我国每年要多消耗 1750万吨标准煤,这些燃煤产生的二氧化硫等有害气体又对环境构成了危害。耐蚀材料的开发促进了环境技术的发展从微观角度考虑,环境保护涉及水和大气污染的治理 、固体废弃物的处理等方面,而污水、废水 、废气和垃圾等方面的污染物又大都是腐蚀性很强的介质,因而使用高性能的耐蚀材料对环境技术的发展起着重要的作用。目前环境工程用耐蚀材料开发的主要热点是燃煤烟气脱硫设备用耐蚀材料、废气废水处理中催化转化用耐蚀材料、汽车尾气氮氧化物转化用材料 、垃圾焚烧处理废热锅炉炉管材料等等。这些领域内耐蚀材料开发的成功与否将制约着环境技术的发展。业界研究机构投入该课题的研究。环境材料针对资源的有限性,目标是降低废弃物排放量。其基本内容是 :今后新材料开发时必须能够达到再生利用,并巨在材料的制造 、使用 、废弃的各个阶段,尽可能降低环境负荷。与以前材料开发时考虑 的环境问题相比，新材料开发时要从材料自身的完善来解决环境资源问题,并充分考虑未来的社会发展要求,也即必须从材料设计阶段就要考虑环境问题 。用寿命周期评价技术定量评价材料的环境性能已得到广泛的应用,但 L C A 是以单组分简单材料的分析比较为主,而环境材料是非常复杂的材料,其评价方法是L C A 目前没有涉及的领域。众所周知,作为构造物等使用的材料,其特性(强度等)与化学组成和组织紧密相联。因而环境材料制造时必须兼顾环境保护和材料特性两方面的因素,使其协调一致,这样的评价方法就奠定了材料寿命周期评价(M L C A )。材料的性能和环境负荷之间存在复杂的关系,不能以使用的目的来开发材料,要选择性开发既能保持材料特性,又有利于保护环境,两方面兼顾的材料,使它具有环境负荷和材料特性两方面的因素。在材料开发初期时,必须对耗能 、废物排放 、使用性能和成本进行试验,得出最佳点。新材料开发评价方法由于在材料的制备 、生产、使用以及废弃过程中需要从环境中摄取大量的资源和能源,同时通过排放废弃物,给环境带来负担。环境调和型耐蚀材料开发的基本方向21世纪材料的开发将面临许多新的问题,如各种废弃物处理 、能源利用等新环境下的腐蚀问题、含有不可去除杂质材料的再生利用时再生材料的腐蚀间题 、采用寿命周期评价的制品中关键材料的寿命延伸问题、用环境评价法开发的环境材料的腐蚀间题 、追求高强度高性能材料的腐蚀问题、新耐蚀材料开发研制时的新评价方法等,这些问题已成为全世界认同的21世纪的新课题,而要解决这些问题,需要大量的研究经费,估计要超过一百万亿日元。但其根本点也就是开发环境调和型耐蚀材料。环境调和型耐蚀材料的开发应考虑以下因素:材料制造时所消耗的能源和资源、材料使用(运转机械 )时与能耗的关系、材料的可再生利用性。在环境材料的理论研究方面,相对来说,我国并不落后 ,但在组织协调、宏观调 控、学术交流 、信息传播等方面与国外还存在较大的差距。我国在环境调和型耐蚀材料的开发方面远不如日本重视 ,还没有完全将耐蚀材料的开发与环境紧密地结合起来。为此,建议 :(1 ) 加强耐蚀材料开发与环境关系的重要性宣传,国家在政策和资金上给予必要的支持,设立有关机构统筹协调环境调和型耐蚀材料的科研、开发、应用推广工作 。( 2 ) 限制高能耗 、再生性 能低、废弃物污染环境的耐蚀材料的开发和应用,在政策上鼓励开发和应用环境调和型耐蚀材料。如限制铅、铬系颜料及含高挥发性有机溶剂涂料的发展,开发无污染颜及高固分、水性、粉末型涂料。( 3 ) 提高耐蚀材料的再生利用率 ,充分利用现有的废弃材料开发再生材料 ,尤其要尽快开发出使用广泛的玻璃钢再生利用技术 ,避免大量的废弃玻璃钢制品对环境造成污染 。美国腐蚀工程师协会的专家们在 材料性能( Material s Perfo rmance) 上提出了他们认为的过去25 年间腐蚀控制的一些突破之后,他们又从各人不同的角度展望了未来 10 年腐蚀控制的发展前景,描述了将来的腐蚀控制方法和技术。技术发展推动阴极保护的改进：电子学与计算机密切结合是过去20 年最显著的技术特征。随后就引起了通讯技术的革命。设计出包含由电脑控制的电源的阴极保护系统,远程收集运行数据,运用计算机和复数代数以及分析庞大的数据文件,都越来越有可能。 这些都意味着阴极保护专业人员将较少地从事收集日常数据,而更多地参与分析数量不断增多的信息, 进而解决查出的问题。所以阴极保护行业将需要具有出色的计算机和电子学技能的人员,他们个人可能更加专业化。知识的获得：阴极保护将来的改进是基于对它的基本原理的进一步理解,尤其是在高电阻率的环境中。 在高电阻率混凝土环境中钢是可以受到阴极保护的,但对它的了解太少。与用现有的经验和知识相比,更多的新知识将使阴极保护能更好地按照预定的目的起作用。高技术测试设备在未来10 年中,新奇的实验室技术已转换到现场应用,如:电化学噪声及电化学阻抗谱将更加广泛地被采用。这些技术将被组合到便携式仪器中,加强腐蚀监控和检查领域。例如:目前正在研究混凝土中钢筋电化学腐蚀时产生的噪声,预计正在开发的仪器只要通过耳听就能测出腐蚀的速度。NACE 几年前建立的专家系统会更加流行。是计算机程序提出了对付腐蚀问题的各种解决办法,人只要输入症状,计算机就会提出各种解决办法。它们不能代替顾问, 但它们有助于扩充腐蚀的知识,为外行人提供思路。PIG更加灵巧未来10 年有更多发展的领域可能是灵巧的PIG( Pipe Inspection Gauge,清管器)。10 年内不会开发出能阻止所有的外部和内部腐蚀的任何新技术。在所有的操作条件下,不退化、 不受破坏的完整涂层也不会经水处理的发展趋势水处理工业的客户将与卖主结合,在水处理管理方面采取外协。 大型水处理公司和某些工程公司将提供完全的交钥匙计划,供应处理过的水,而不再是化学药品及服务。所有各级用户通过把他们的人力集中到工艺和建造操作方面,继续改善他们自己的效率。这将把水处理系统的性能和安全更大的责任放到卖主、 服务人员和顾问身上。 因此在未来的10 年中对于技术上训练有素和负责任的水处理服务人员和顾问的需求会显著增加。绿色缓蚀剂对环境友好的冷却水缓蚀剂的需要,导致越来越少采用锌、 钼酸盐甚至磷酸盐。水处理的供应商已在非常努力地生产有机缓蚀剂, 它们可生物降解,从环保角度更能被接受。它们能以工业上可接受的价格提供腐蚀控制。 我们将会看到锅炉水用的更好的除氧剂、 冷却水用的硅石控制剂以及混合增效的聚合物分散剂。在这一方面,朝着其它新的和更经济的水处理药剂的发展趋势将继续。 将要引进碳钢和铜合金的新的缓蚀剂和矿物阻垢剂。 这些药剂耐受氧化性的杀菌剂,并且在较严酷的操作条件下(包括高浓缩次数、 高温和劣质水补给)仍能提供有效的性能。这段时间内不会引入许多