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不锈钢、镍基合金、锆等在醋酸中的耐腐蚀性能概述

时间：2020-09-30 来源：卢梭说压力容器 浏览：
本文整理自：余存烨. 醋酸的腐蚀及其结构材料选用探讨[J]. 化工设备与管道, 2008, 45(6).
知识背景
醋酸是现代化工重要产品之一，是化纤、塑料、制药等工业的原料与溶剂。醋酸的消耗量超过了其他有机酸，醋酸在有机化工中的地位可以和硫酸在无机化工中的地位相媲美。
历史上醋酸通过粮食发酵和木材蒸馏分解来生产，但今天醋酸大多由乙醛氧化、丁烷液相氧化、轻油液相氧化及甲醇羰基化等方法来生产。
在醋酸生产与用醋酸作原料的化工工艺中，由于催化及反应所需的空气与富氧的加入，并伴生甲酸、醋酐、酯、酮、过氧化物及卤化物等对设备与管道所用金属材料（主要指316L）
腐蚀造成重大影响。
虽然国内外对醋酸用材做了不少研究，但随着现代化工与时俱进，新工艺不断推出，老装置扩能与工艺参数的优化强化，对醋酸用材的要求越来越高，但某些设备仍发生严重腐蚀，尚未得到根本性解决。
铝
在常温醋酸中铝是耐蚀的，可作为醋酸的储罐，此时应采用工业高纯铝。但醋酸中的杂质Cl-、Br-、Hg-等会破坏铝的饨化膜而产生腐蚀，所以一般不用作中间产品、稀或回收醋酸储罐。
不锈钢
目前氧化性环境下的醋酸设备80% ~90%用不锈钢制造，如304L可用于小于65 ℃的醋酸中使用，如用于90%醋酸的储槽与槽车。对于含Cl-、Br-等杂质的醋酸，易产生点蚀，不锈钢需添加2%~3%的Mo，使用温度可高至120℃。
316L是目前乙醛氧化、丁烷氧化生产醋酸及其他一些接触醋酸设备中最为常用的材料，、包括蒸馏塔、分离器、蒸发器、换热器、冷凝器、储槽、泵、阀与管线等，但对于焊接设备宜用超低碳级或含Nb、Ti稳定化元素的不锈钢。
醋酸中含Cl-、Br-、I-、甲酸等还原性杂质会加剧316L、317L的腐蚀，除全面腐蚀外，主要产生点蚀与SCC。含Cr、Mo、N的高性能不锈钢在含杂质的醋酸中，具有优异抗点蚀、缝隙腐蚀与SCC能力，例如904L，S31254，S32654，2205，S32750等。
不过，需要注意的是，双相钢由于Mo在铁素体与奥氏体两相中分布不均（奥氏体含Mo较少），可以会出现选择性腐蚀，但其抗SCC性能较好。另外，含钼高的奥氏体不锈钢对σ相等中间相析出较为敏感，对耐蚀性能有影响，但可通过完全固溶退火而恢复耐蚀性能。
钛
钛与不锈钢不同的是：在氧化性较强的含卤醋酸中无过钝化，不会发生点蚀与SCC。在含Cl-、Br-与甲酸等各种浓度的高温醋酸中均有优异的耐蚀性，如在PTA、PV A与乙醛氧化生产醋酸的设备应用较多。
但在还原性的含I-、Cl-的醋酸中，如甲醇羰基化合成醋酸的设备中，钛会发生严重腐蚀与氢脆而不能应用。在浓醋酸蒸发，含水量小于0.1%且含有醋酐会加剧钛腐蚀，纯铁对缝隙腐蚀特别敏感。
由于国内钛材能批量供应，大型钛设备制造技术己有突破，钛密度小，比强度高，在经济上比镍基合金划算。
镍基合金
为抗强还原性含I-醋酸介质，及还原性与氧化性交替介质，以及抗含固体颗粒催化剂的醋酸冲蚀，钛与高性能不锈钢难以胜任时必须采用镍基合金。
镍基合金中钼对抗还原性醋酸特别有效，能形成保护膜，有效抑制I-、Br-、Cl-的破坏作用。铬有利于形成钝化膜，主要用于抗氧化性醋酸。镍基合金为奥氏体组织，镍在醋酸中会发生钝化，具有抗还原性介质作用，但镍会降低碳的固溶度，由于金属间相与碳化物在晶界析出，产生贫钼，故有晶间腐蚀倾向，而且合金当含镍超过35%时几乎不会产生SCC。
用于醋酸的镍基合金有：
Inconel 625与Inconel 825合金在Ni-Cr合金中加Mo，增强了氧化性与还原性醋酸中耐蚀性，但825含Mo较少，耐蚀性不如625。
Ni-Cr-Mo-Fe的“G”字头合金中G-3的耐蚀能力超过Inconel 625与Inconel 825，能承受氧化性与还原性交替环境的侵蚀。但G-30焊接性能更好，而且提高了焊缝热影响区的耐蚀能力。
N i-Cr- Mo的“C”字头合金中C-276由于含有高钼高铬，对抗氧化性与还原性交叉环境，特别抗卤素离子的点蚀、缝隙腐蚀与SCC。C-2000与C-276比，含钼量大致相当，但含铬量较高，具有更好的冶金与耐蚀性能。
Ni-Mo的“B”字头合金，B-2具有突出的抗还原性酸腐蚀能力，当然抗甲醇羰基合成醋酸腐蚀也很好，但氧化性杂质对腐蚀有促进；B-3、B-4性能比B-2更好，主要是减少了某些有害的中间相。
锆
锆在还原性环境（如盐酸）耐蚀性优异，在氧化性环境（如硝酸）耐蚀性很好，但在含 Fe3+、Cu2+氧化性杂质的介质中腐蚀剧增，并产生点蚀，因价格昂贵，仅适用于钛与高性能不锈钢不适用的环境，如甲醇羰基合成醋酸的反应设备等。
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