Caractéristiques de résistance à la corrosion et applications des matériaux métalliques spéciaux couramment utilisés
1. Titane et alliages de titane
La production d'alliages de titane en Chine est fondamentalement en phase avec celle des pays étrangers, mais sa promotion et son application sont à la traîne, notamment pour un usage civil. Dans le même temps, en raison de la concurrence désordonnée entre les matériaux de titane de contrebande étrangère et certaines entreprises de transformation d'équipements au cours des dernières années, certaines entreprises sans capacité de production et certaines petites et moyennes entreprises municipales ont utilisé des matériaux de qualité inférieure ou des produits de mauvaise qualité, ce qui a également perturbé le marché des équipements en titane dans une certaine mesure. Cela fait parler les équipementiers de décoloration « titane ». Par conséquent, cette situation joue également un certain rôle en entravant le développement de l’industrie chinoise des équipements en titane. Il doit attirer l'attention des services de gestion concernés et doit également servir d'avertissement pour d'autres documents spéciaux en cours d'élaboration. .
Nuances de titane couramment utilisées (avec normes nationales en matière de matériaux)
1. Caractéristiques de résistance à la corrosion du titane
Le titane est un métal ayant une forte tendance à la passivation. Il peut former rapidement un film protecteur oxydant stable dans l’air et dans les solutions aqueuses oxydantes ou neutres. Même si le film est endommagé pour une raison quelconque, il peut récupérer rapidement et automatiquement. Par conséquent, le titane présente une excellente résistance à la corrosion dans les milieux oxydants et neutres.
En raison des grandes performances de passivation du titane, dans de nombreux cas, lorsqu'il est en contact avec des métaux différents, il n'accélère pas la corrosion, mais peut accélérer la corrosion de métaux différents. Par exemple, dans les acides non oxydants à faible concentration, si un alliage de Pb, Sn, Cu ou Monel est mis en contact avec du titane pour former un couple galvanique, la corrosion de ces matériaux sera accélérée, tandis que le titane ne sera pas affecté. Dans l'acide chlorhydrique, lorsque le titane entre en contact avec de l'acier à faible teneur en carbone, un nouvel hydrogène est généré à la surface du titane, ce qui détruit le film d'oxyde de titane, ce qui provoque non seulement la fragilisation du titane par l'hydrogène, mais accélère également la corrosion du titane. Cela peut être dû au fait que le titane est très résistant à l'hydrogène. en raison de l'activité.
La teneur en fer du titane a un impact sur la résistance à la corrosion de certains milieux. En plus des matières premières, l'augmentation de la teneur en fer est souvent due au fait que du fer contaminé pénètre dans le cordon de soudure pendant le soudage, provoquant une augmentation de la teneur locale en fer dans le cordon de soudure. Cette corrosion a un caractère non uniforme. Lorsque des pièces en fer sont utilisées pour supporter des équipements en titane, la contamination par le fer sur la surface de contact fer-titane est presque inévitable. La corrosion est accélérée dans la zone contaminée par le fer, notamment en présence d'hydrogène. Lorsque le film d'oxyde de titane sur la surface contaminée est mécaniquement endommagé, l'hydrogène pénètre dans le métal. En fonction de conditions telles que la température et la pression, l'hydrogène se diffuse en conséquence, ce qui provoque divers degrés de fragilisation par l'hydrogène dans le titane. Par conséquent, lorsque le titane est utilisé dans des systèmes à moyenne température et moyenne pression et contenant de l’hydrogène, la contamination de la surface par le fer doit être évitée.
Dans des circonstances normales, le titane ne souffre pas de corrosion par piqûre.
Le titane offre également une stabilité à la fatigue par corrosion.
Le titane a une bonne résistance à la corrosion caverneuse, en particulier les alliages Ti-0.3Mo-0.8Ni et Ti-0.2Pd. Par conséquent, les alliages Ti-0.3Mo-0.8Ni et Ti-0.2Pd sont largement utilisés comme matériaux de surface d'étanchéité pour les équipements de conteneurs afin de résoudre le problème de corrosion caverneuse sur la surface d'étanchéité de l'équipement.
2. Application de matériaux en titane
En raison de son excellente résistance à la corrosion, les matériaux en titane sont largement utilisés dans les domaines pétrolier, chimique, de la production de sel, des produits pharmaceutiques, de la métallurgie, de l'électronique, de l'aviation, de l'aérospatiale, de la marine et dans d'autres domaines connexes.
Le titane présente une excellente résistance à la corrosion pour la plupart des solutions salines. Par exemple, le titane est plus résistant à la corrosion que l'acier au nickel à haute teneur en chrome dans les solutions de chlorure et ne présente aucune corrosion par piqûre. Cependant, le taux de corrosion est plus élevé dans le trichlorure d'aluminium, ce qui est lié à la production d'acide chlorhydrique concentré après l'hydrolyse du trichlorure d'aluminium. Le titane présente également une bonne stabilité au chlorite de sodium chaud et à diverses concentrations d'hypochlorite. Par conséquent, les matériaux en titane sont largement utilisés dans les industries de production de sel sous vide et de poudre décolorante.
Le titane présente une bonne résistance à la corrosion de la plupart des solutions alcalines. Le titane est relativement stable dans les solutions d'hydroxyde de sodium et d'hydroxyde de potassium à des concentrations inférieures à 50 %. Si la solution alcaline contient des ions chlorure ou des chlorures, sa résistance à la corrosion dépasse même celle du nickel et du zirconium. Cependant, à mesure que la température et la concentration augmentent, la corrosion augmente. L’industrie du chlore-alcali constitue désormais le plus grand domaine d’applications civiles nationales du titane.
Le titane n'est pas résistant à la corrosion dans le chlore sec et présente un risque d'incendie, mais il présente une stabilité élevée dans le chlore humide, dépassant le zirconium, l'Hastelloy C et le Monel, et même dans l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique et le chlore saturé. Il est également stable dans des milieux tels que le chlorure, de sorte que le titane est le matériau de premier choix pour les équipements clés dans la production de dioxyde de titane par la méthode à l'acide sulfurique.
Parce que le titane a une bonne résistance à la corrosion dans les hydrocarbures, il est également bon même lorsqu'il contient des impuretés acides et chlorées. Par conséquent, les matériaux en titane sont également largement utilisés dans les produits chimiques organiques, tels que le PTA (acide téréphtalique purifié), le PVA (vinylon), etc.
Le titane a une excellente résistance à la corrosion dans l’eau de mer, c’est pourquoi il est également largement utilisé dans les domaines marins tels que les plates-formes de forage pétrolier offshore et le dessalement de l’eau de mer.
2. Nickel et alliages à base de nickel
1. État de la production nationale de nickel et d'alliages à base de nickel
Le nickel pur industriel national peut être produit par lui-même, mais certains alliages à base de nickel dépendent principalement des importations.
Types de nickel et d'alliages à base de nickel (certains ont des normes nationales sur les matériaux)
Les modèles de nickel et d'alliages à base de nickel couramment utilisés comprennent : le nickel pur N6 ; Monel 400 ; Hastelloy B, Hastelloy B-2 ; Hastelloy C-276, etc.
2. Résistance à la corrosion du nickel et des alliages à base de nickel
Le nickel a une plus grande tendance à passer à l'état passif. À des températures normales, la surface du nickel est recouverte d'un film d'oxyde, ce qui le rend résistant à la corrosion dans l'eau et dans de nombreuses solutions aqueuses salées.
Le nickel est assez stable à température ambiante dans les acides dilués non oxydants, tels que<15% hydrochloric acid, <17% sulfuric acid and many organic acids. However, when adding oxidants (FeCl2, CuCl2, HgCl2, AgNO3 and hypochlorite) and ventilation, the corrosion rate of nickel increases significantly.
Le nickel est complètement stable dans toutes les solutions alcalines, qu’elles soient à haute température ou alcalines fondues. C'est la caractéristique exceptionnelle du nickel.
L'alliage Monel est plus résistant à la corrosion que le nickel dans les milieux réducteurs et plus résistant à la corrosion que le cuivre dans les milieux oxydants. Il est plus résistant à la corrosion que le nickel et le cuivre dans l'acide phosphorique, l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, les solutions salines et les acides organiques.
Quelle que soit la concentration d'acide fluorhydrique, l'alliage Monel est très résistant à la corrosion lorsque l'oxygène n'entre pas beaucoup. Cependant, lorsqu'il y a de l'aération et des oxydants dans la solution, ou lorsqu'il y a des impuretés nocives telles que des sels de fer et des sels de cuivre dans la solution, sa résistance à l'acide fluorhydrique diminue. Parmi les matériaux métalliques, outre le platine et l'argent, c'est l'un des meilleurs matériaux résistant à la corrosion par l'acide fluorhydrique.
Il est très résistant à la corrosion dans les solutions alcalines caustiques, mais lorsque la concentration d'hydroxyde de sodium est très élevée, bien que la résistance à la corrosion de l'alliage Monel soit pire que celle du nickel, il est toujours plus résistant aux alcalis que les autres matériaux métalliques.
L'alliage Monel est sujet à la fissuration par corrosion sous contrainte et est mieux utilisé après un recuit à 530-650 degré pour éliminer les contraintes.
Les alliages Hastelloy couramment utilisés sont l'Hastelloy B (B-2, B-3) et l'Hastelloy C-276. Ils ont une résistance élevée à la corrosion dans les acides inorganiques et organiques non oxydants, tels que la résistance à l'acide sulfurique dilué à 70 degrés, résistant à toutes les concentrations d'acide chlorhydrique, d'acide phosphorique, d'acide acétique et d'acide formique, en particulier l'acide chlorhydrique concentré chaud.
L'Hastelloy est stable dans les solutions caustiques et alcalines et complètement stable dans les milieux organiques, l'eau de mer et l'eau douce.
Trois cuivres blancs (B10, B30)
Le cupronickel est un alliage cuivre-nickel. Le cupronickel peut être produit dans le pays et est principalement produit par Luoyang Copper.
La résistance à la corrosion du cuivre blanc est fondamentalement similaire à celle du cuivre pur. Une corrosion sévère se produira dans les acides inorganiques, en particulier l'acide nitrique. Cependant, l'acide fluorhydrique avec une concentration de<70% is corrosion-resistant in the absence of oxygen and below the boiling point. White copper does not corrode greatly in organic acids, and the corrosion rate is very small in alkaline solutions and organic compounds.
Dans le processus de soude caustique ou dans la soude caustique électrolytique à diaphragme, l'alliage cuivre-nickel B30 (70-30 peut être utilisé pour remplacer le nickel pur pour fabriquer des équipements d'évaporation à film, en particulier la partie à film tombant. Il peut non seulement améliorer le service durée de vie, mais aussi Économisez 70 % de nickel. Le B10 (91-9 alliage cuivre-nickel) peut également remplacer le nickel pur pour fabriquer des tubes d'évaporation, des chambres d'évaporation et d'autres équipements d'évaporateurs à film ascendant.
Le cuivre blanc a une résistance élevée à la corrosion dans l'eau de mer, c'est pourquoi les échangeurs de chaleur refroidis par l'eau de mer utilisent souvent du cuivre blanc B10 et B30.
Quatre matériaux en zirconium
Les qualités de zirconium et d'alliages de zirconium couramment utilisées comprennent : le zirconium non nucléaire R60702, R60703, R60704, R60705 et R60706.
Bien que la Chine n’ait pas de spécifications pour les conteneurs en zirconium et en alliages de zirconium, elle a été en mesure de produire des matériaux en zirconium à usage nucléaire et non nucléaire.
Le zirconium a une meilleure résistance à la corrosion que l’acier inoxydable, les alliages à base de nickel et le titane. Ses propriétés mécaniques et ses propriétés de procédé sont également très adaptées à la fabrication de conteneurs et d'échangeurs de chaleur. Cependant, en raison de son prix élevé, il était rarement utilisé dans le passé. Cependant, avec le développement de l'industrie chimique nationale, de nombreux équipements hautement corrosifs utilisent de plus en plus de matériaux en zirconium, ce qui améliore considérablement la durée de vie et la fiabilité des équipements et génère de meilleurs avantages économiques. À l'heure actuelle, la technologie depuis la production de matériaux en zirconium jusqu'à la conception, la fabrication et l'inspection des équipements est devenue de plus en plus mature, fournissant une base pour une large application des conteneurs en zirconium.
5. Matériaux au tantale (Ta1, Ta2, TaNb3, TaNB20)
Le tantale a une stabilité chimique élevée et est très résistant à la corrosion chimique et à la corrosion atmosphérique en dessous de 150 degrés. Il résiste à la corrosion même en atmosphère industrielle polluée.
Le tantale résiste à l'acide chlorhydrique et à l'acide nitrique de toute concentration à température d'ébullition, ainsi qu'à un acide mixte composé d'acide nitrique fumant et d'acide sulfurique fumant de la température ambiante à 150 degrés. À l'exception de l'acide fluorhydrique, du trioxyde de soufre fumant et de l'acide sulfurique concentré à haute température et de l'acide phosphorique concentré, le tantale est stable par rapport aux autres acides.
Le tantale a une grande stabilité dans les milieux acides et alcalins inférieurs à 200 degrés, encore plus élevée que l'or et le platine.
Le tantale a une mauvaise résistance à la corrosion dans les solutions alcalines concentrées. Non résistant à l'iodure de potassium et aux solutions contenant des ions fluorure.
La corrosion du tantale est une corrosion uniforme et complète, insensible aux coupures et ne provoque pas de types localisés de corrosion tels que la fatigue par corrosion et la fissuration par corrosion. Cette caractéristique du tantale peut être utilisée comme matériau de revêtement et de revêtement.
6. Autres matériaux métalliques spéciaux
1. Acier duplex
Acier inoxydable duplex de qualité inférieure (Type 2304)
Acier inoxydable duplex standard (Type 2205)
Acier inoxydable super duplex (type 2507)
Pour l'acier inoxydable duplex ferritique-austénitique, il présente les caractéristiques de l'acier ferritique et de l'acier austénitique. La présence d'austénite réduit la fragilité de l'acier ferritique à haute teneur en chrome, empêche la tendance à la croissance des grains et améliore la ténacité et la soudabilité de l'acier ferritique. La présence de ferrite améliore la limite d'élasticité de l'acier austénitique Cr-Ni, tout en rendant l'acier résistant à la corrosion sous contrainte et ayant une légère tendance à se fissurer à chaud pendant le soudage. Ce type d'acier contient des niveaux élevés d'éléments d'alliage résistants à la corrosion tels que Cr, Ni, Cu et Mo. Bien que la structure à deux phases puisse facilement provoquer la corrosion des microbatteries, si la teneur en éléments d'alliage atteint une certaine valeur, les deux phases peuvent être passivé dans le milieu et la corrosion sélective en deux phases ne se produira pas. Il présente une bonne résistance à la corrosion uniforme et à la corrosion par piqûres. .
Aujourd'hui, les aciers inoxydables duplex sont utilisés dans diverses applications, non seulement dans les applications chimiques, pétrochimiques et pharmaceutiques, mais également dans les pâtes et papiers, l'alimentation et les boissons, ainsi que dans la construction, les bâtiments et les structures.
Mais les applications les plus importantes de l’acier inoxydable duplex concernent les réacteurs et autres équipements industriels des industries chimique, des engrais, de la pétrochimie, de l’énergie et des pâtes et papiers. Dans la plupart des applications, les aciers inoxydables duplex sont considérés comme un matériau alternatif rentable, comblant le vide entre les aciers austénitiques courants tels que le 316L et les alliages supérieurs.
Bien qu'il soit généralement admis que les alliages duplex sont utilisés en raison de leur résistance à la corrosion par les produits chimiques, cela est particulièrement important dans les milieux en solution d'eau chaude où les aciers inoxydables austénitiques n'ont pas une résistance suffisante à la corrosion par piqûre et à la fissuration par corrosion sous contrainte.
2. AL-6XN
L'alliage AL-6XN est un acier inoxydable super austénitique découvert par la société Allegheny Ludlum aux États-Unis. Il présente une résistance plus élevée à la corrosion par piqûres, à la corrosion caverneuse et à la corrosion caverneuse sous pression aux ions chlorure que l'alliage standard de la série 300, et est plus résistant à la corrosion que les alliages traditionnels à base de nickel. Le coût de l'alliage est faible.
Dans l'acier inoxydable, Cr, Mo, Ni et C ont respectivement une résistance à la corrosion dans différents milieux. Cr est le représentant de la résistance à la corrosion en milieu naturel et oxydant. L'augmentation de la teneur en Cr, Mo et Ni augmente la résistance à la corrosion par piqûre. Le nickel fournit une structure austénitique. Le nickel et le molybdène augmentent la capacité de corrosion caverneuse sous pression et la résistance aux ions chlorure. Réduire la résistance à la corrosion de l'environnement.
L'alliage AL-6XN à haute teneur en nickel (24 %) et molybdène (6,3 %) présente une bonne résistance à la corrosion caverneuse sous pression. Le molybdène a la capacité de résister à la corrosion par piqûre des ions chlorure. Le nickel améliore encore la résistance à la corrosion par piqûre et peut fournir une résistance supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique 300. Il est donc souvent utilisé dans les parties les plus fines des équipements. Les niveaux plus élevés de chrome, de molybdène et de nickel dans AL-6XN offrent également une résistance à la corrosion lors du formage et du soudage de l'acier inoxydable.
La teneur élevée en chrome, molybdène, nickel et azote confère à AL-6XN une bonne résistance à la corrosion par piqûre d'ions chlorure et à la corrosion caverneuse, ce qui rend AL-6XN utilisé dans de nombreux environnements, tels que les aliments, l'eau de mer ou d'autres produits chimiques. environnements.
7. Matériaux composites métalliques
Bien que les matériaux métalliques spéciaux aient leur propre bonne résistance à la corrosion, ils sont également relativement chers, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles certains d’entre eux ne peuvent pas être promus à grande échelle. Cependant, la technologie des composites métalliques a favorisé ces matériaux métalliques spéciaux. Applications.
Les matériaux composites métalliques sont de nouveaux matériaux métalliques composés de plusieurs composants métalliques ou en alliages tels que a, b et c grâce à différentes techniques de traitement. Chaque interface forme un ensemble de liaisons métalliques et présente des performances identiques ou supérieures à celles du matériau métallique unique d'origine. . Ce n'est ni a ni b (ou c). Il combine les avantages des composants constitutifs et surmonte les défauts de performances des composants individuels. Il optimise non seulement la conception des matériaux, mais incarne également le principe de l'utilisation rationnelle des matériaux. C’est l’une des directions de développement actuelles de la science et de l’ingénierie des matériaux.
Les méthodes de composition comprennent : la composition par explosion, la composition par explosion et la composition par roulement. De nos jours, la plupart des méthodes domestiques utilisent la composition par explosion.
Les variétés de matériaux composites comprennent : les panneaux composites (à deux couches, à trois couches), les tiges composites et les tuyaux composites.
avantage:
Combinaison et rapport raisonnables des propriétés des matériaux de revêtement et des matériaux de base ;
Déterminer le rapport d'épaisseur des deux matériaux selon les besoins ;
Économisez les métaux précieux et rares et réduisez les coûts d’équipement ;
Réduisez l’épaisseur de conception structurelle ou augmentez la contrainte de service structurelle.
À l'heure actuelle, le pays dispose de normes nationales pertinentes pour les matériaux composites, telles que GB8547-87 "Titanium-Steel Composite Plate", GB8546-87 "Titanium-Stainless Steel Composite Plate", JB4733-94 "Plaque d'acier composite explosive en acier inoxydable pour appareils à pression", etc.
En résumé, étant donné que les matériaux métalliques spéciaux ont une bonne résistance à la corrosion et de bonnes performances d'usinage, ils peuvent grandement répondre aux besoins de résistance à la corrosion des équipements de production des fabricants et améliorer le niveau de résistance à la corrosion des équipements. Ces dernières années, leur promotion et leur application en Chine ont obtenu certains résultats. Cependant, avec le développement rapide de l'économie chinoise, en particulier la formation progressive du modèle d'intégration économique mondiale et l'adhésion de la Chine à l'OMC, il existe une marge énorme pour le développement de matériaux métalliques spéciaux nationaux (y compris l'entrée sur le marché international), mais cela nécessite départements nationaux compétents de gestion de l’industrie. Élaborer les normes nécessaires ainsi que les politiques et réglementations connexes pour promouvoir le développement de l’ensemble de l’industrie.
