常用金属材料的抗氧化极限温度

绪 论

金属腐蚀的定义 : 金属材料和环境介质发生化学或电化学作用，引起材料的退化与破坏称为金属的腐蚀.

本课程研究的内容

• 1. 研究金属和周围介质作用时所发生的化学或电化学的现象、机理及其一般规律。

• 2. 研究各种条件下金属材料的防止腐蚀的方法和措施。

三、金属腐蚀与防护的重要性

经济损失：

• 直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。

• 间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；引起的物资跑、冒、滴、漏损失；对环境污染以至爆炸、火灾等事故的间接损失更是无法估量。

第一章 金属材料的高温化学腐蚀

第一节 概 述

一、高温化学腐蚀定义：

高温化学腐蚀是研究金属材料和与它接触的环境介质在高温条件下所发生的界面反应过程的科学。

金属高温腐蚀与常温腐蚀的区别：

高温腐蚀：主要是以界面的化学反应为特征。常温腐蚀：主要是电化学过程 。

金属材料的高温腐蚀反应式：

Me （金属） +X （介质） --MeX （ 腐蚀产物）

二、高温腐蚀分类

按环境介质状态分

1）高温气态介质腐蚀（2）高温液态介质腐蚀（3）高温固态介质腐蚀

（1）高温气态介质腐蚀：

气态介质中包括有单质气体分子。非金属化合物气体分子。金属氧化物气态分子，和金属盐气态分子。由于这种高温腐蚀是在高温，干燥的气体分子环境中进行的，所以常被称为“高温气体腐蚀”“干腐蚀”“化学腐蚀”。

（2）高温液态介质腐蚀：

液态介质（包括液态金属，液态融盐及低熔点氧化物）对固态金属材料的高温腐蚀。这种腐蚀包括界面化学反应，也包括液态物质对固态物质的溶解。

（3）高温固态介质腐蚀：

金属材料在带有腐蚀性的固态颗粒状物质的冲刷下发生的高温腐蚀。这类腐蚀包括固态燃灰与盐颗粒对金属材料的腐蚀。又包括这些固态颗粒状物质对金属材料表面的机械磨损，所以人们又称为“磨蚀”或“冲蚀”。

常用金属材料的使用温度及限制条件

集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-常用金属材料的使用温度

钢类 钢号 使用温度/℃

碳素结构钢 Q235-A·F 250

Q235-A 350 Q235-B

Q235-C 400

优质碳素结构钢 10 -30~425

20 -20~425

20G -20~425

低合金钢 16Mn -40~450

16MnD -40~350

09MnD -50~350

09Mn2VD -50~100

09MnNiD -70~350

12CrMo ≤525

15CrMo ≤550

12Cr1MoVG ≤575

12Cr2Mo ≤575

1Cr5Mo ≤600

高合金钢 0Cr13 ≤400

0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti -196~700

0Cr17Ni12Mo2 -196~700

0Cr18Ni12Mo2Ti -196~500

0Cr19Ni13Mo3 -196~700

00Cr19Ni10 -196~425

00Cr17Ni14Mo2 -196~450

00Cr19Ni13Mo3 -196~425

常用材料的应用限制

1、 铸铁 使用限制条件如下：1）使用在介质温度为-29~343℃的受压或非受压管道。

2）不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于2.5MPa的可燃流体管道。

3）不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质。

4）不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下。

2、普通碳素钢

常用普通碳素钢的适用范围

钢板种类 设计压力 使用温度 钢板厚度 备注

Q235-A·F P≤0.6MPa 0~250℃ ≤12mm 不得用于易燃，毒性程度为中度、高度或极度危害介质的管道。

Q235-A P≤1.0MPa 0~350℃ ≤16mm 不得用于液化石油气、毒性程度为高度或极度危害介质的管道。

耐高温涂层材料的选择

在高温工况下的金属材料，既要具备足够的力学性能，又要有良好的化学稳 定性。现使用最广泛的材料是髙温合金，但其在腐蚀性气体环境中会发生氧化 腐蚀，从而应用受到限制。在高温合金表面制备耐高温、抗氧化保护涂层是解决 这个问题的重要途径。如今，高温涂层已广泛应用于抗高温氧化、热燃气冲蚀、 可磨耗密封、耐熔融金属和炉渣以及熔触玻璃的侵蚀等领域。

抗高温氧化涂层一般用于髙于550℃的氧化腐蚀环境中，目前常用的材料 有Fe基合金、Co基合金、Ni基合金，一些氧化物也同样可以使用。在选择高温 涂层材料时，应把应用工况条件、基体、涂层三者作为一个整体考虑，才能获综合 性能良好的结果。

1.对耐高温涂层材料的基本要求

(1)具有足够高的熔点。涂层材料的熔点越高，可使用的温度亦越高。

(2）高温化学稳定性好。包括不与环境介质发生有害的高温化学反应；材 料本身在高温下不会发生分解、升华成有害的晶形转变。

不同的合金在空气中由于温度升高而发生氧化所推荐的使用温度极限。

(3）具有要求的热疲劳性。在冷、热交替的热疲劳条件下、基体材料和涂层 材料的热膨胀系数、热导率等热物理性能，应有合理的匹配。如果相差太大，则 应采用阶梯涂层逐步过渡,否则容易出现涂层剥落。

在髙温热循环过程中，基体材料或涂层材料内部发生相变，会发生体积变化 而产生体积应力、导致涂层开裂或剥落。例如，ZrO2晶体，在1010℃时会发生单 斜晶系向立方晶系转变，伴随发生有7％的体积变化。因此，用作耐高温的ZrO2涂层，均采用稳定化处理后的ZrO2。

(4）抗高温氧化合金，应含有与氧亲和力大的合金元素。这类元素，常用的 有铬、铝、硅、钛和钇等，它们与氧具有很强的亲和力，生成的氧化物非常致密,化 学性能稳定，且所生成的氧化物的体积大于金属原子的体积,因而能有效的将金 属基体包覆起来，能防止进一步氧化。

(5）对高温合金的显微组织要求。高温合金一般选用具有面心立方晶格的 金属母相，并能被高熔点难熔金属元素的原子固溶强化；或者，合金元素间发生 反应，能形成与母相具有共晶格结构的y’相，对母相产生析出强化作用；或者， 能形成高熔点的金属间化合物，对金属母相起晶界强化和弥散强化的作用。

常用金属材料的使用温度

钢类 钢号 使用温度/℃

碳素结构钢 Q235-A·F 250

Q235-A 350 Q235-B

Q235-C 400

优质碳素结构钢 10 -30~425

20 -20~425

20G -20~425

低合金钢 16Mn -40~450

16MnD -40~350

09MnD -50~350

09Mn2VD -50~100

09MnNiD -70~350

12CrMo ≤525

15CrMo ≤550

12Cr1MoVG ≤575

12Cr2Mo ≤575

1Cr5Mo ≤600

高合金钢 0Cr13 ≤400

0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti -196~700

0Cr17Ni12Mo2 -196~700

0Cr18Ni12Mo2Ti -196~500

0Cr19Ni13Mo3 -196~700

00Cr19Ni10 -196~425

00Cr17Ni14 Mo2 -196~450

00Cr19Ni13 Mo3 -196~425

常用材料的应用限制

1、 铸铁

使用限制条件如下：1）使用在介质温度为-29~343℃的受压或非受压管道。

2）不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于2.5MPa的可燃流体管道。 3）不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质。

4）不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下。

2、普通碳素钢

常用普通碳素钢的适用范围

钢板种类 设计压力 使用温度 钢板厚度 备注

Q235-A·F P≤0.6MPa 0~250℃ ≤12mm 不得用于易燃，毒性程度为中度、高度或极度危害介质的管道。

Q235-A P≤1.0MPa 0~350℃ ≤16mm 不得用于液化石油气、毒性程度为高度或极度危害介质的管道。

Q235-B P≤1.6MPa 0~350℃ ≤20mm 不得用于高度和极度危害介质的管道。