湖北天門天標(biāo)泵業(yè)-氯離子高工況渣漿泵為什么不能用高鉻合金材質(zhì)

在氯離子（Cl?）含量高的工況下，渣漿泵不建議使用高鉻合金（通常指Cr25~Cr30的高鉻白口鑄鐵或類似高鉻鋼）材質(zhì)，主要原因在于高鉻合金對(duì)氯離子引起的局部腐蝕（特別是點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕）高度敏感。

以下是詳細(xì)原因分析：

1. 點(diǎn)蝕：

• 機(jī)制： 高鉻合金依賴其表面形成的富鉻氧化物鈍化膜（主要成分是Cr?O?）來抵抗腐蝕。氯離子具有強(qiáng)的穿透能力，能優(yōu)先吸附在鈍化膜的薄弱點(diǎn)（如夾雜物、晶界、位錯(cuò)處），破壞局部區(qū)域的鈍化膜。

• 發(fā)展： 鈍化膜被破壞后，暴露的基體金屬（陽極）與周圍完好的鈍化膜（陰極）形成電偶腐蝕電池。由于陰陽極面積比懸殊（小陽極大陰極），陽極（暴露點(diǎn)）的腐蝕電流密度極大，導(dǎo)致腐蝕迅速向深處發(fā)展，形成深而窄的蝕坑（點(diǎn)蝕）。

• 高鉻合金的弱點(diǎn)： 雖然高鉻合金耐磨性好，但其鈍化膜在含氯環(huán)境中穩(wěn)定性不足，尤其是當(dāng)Cl?濃度超過一定臨界值（該值受溫度、pH、流速等因素影響）時(shí)，點(diǎn)蝕極易引發(fā)和擴(kuò)展。

2. 縫隙腐蝕：

• 機(jī)制： 渣漿泵中存在許多縫隙結(jié)構(gòu)，如法蘭連接面、螺栓孔、葉輪與護(hù)板/前蓋板的間隙、O型圈密封槽、鑄造缺陷等。氯離子容易進(jìn)入這些縫隙并滯留。

• 發(fā)展： 縫隙內(nèi)的介質(zhì)相對(duì)停滯，氧擴(kuò)散困難，導(dǎo)致縫隙內(nèi)缺氧。縫隙內(nèi)金屬（陽極）和縫隙外富氧區(qū)域金屬（陰極）形成濃差電池。同時(shí)，縫隙內(nèi)Cl?濃度會(huì)因遷移和蒸發(fā)（如果溫度高）而升高，水解酸化（金屬離子水解產(chǎn)生H?）導(dǎo)致pH下降。這種“缺氧、高Cl?、低pH"的環(huán)境極大地加速了縫隙內(nèi)金屬的溶解腐蝕。

• 高鉻合金的弱點(diǎn)： 高鉻合金在縫隙腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)不佳，縫隙內(nèi)鈍化膜更容易破壞且難以修復(fù)，腐蝕速率遠(yuǎn)高于開放表面。

3. 應(yīng)力腐蝕開裂：

• 風(fēng)險(xiǎn)： 在特定條件下（高Cl?濃度、高拉應(yīng)力、溫度升高），奧氏體不銹鋼和高鉻合金（如果含有足夠鎳/奧氏體基體）可能發(fā)生氯離子應(yīng)力腐蝕開裂。雖然高鉻鑄鐵的基體主要是堅(jiān)硬的碳化物和較脆的鐵素體/馬氏體，SCC風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)奧氏體不銹鋼低，但在工況下（如高溫、高應(yīng)力、高Cl?濃度）仍存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4. 耐磨性與耐蝕性的矛盾：

• 高鉻合金（如Cr27）通過形成大量高硬度的M?C?型碳化物獲得優(yōu)異的耐磨性。然而，這些碳化物與金屬基體（通常是鐵素體或馬氏體）之間存在電化學(xué)電位差。在腐蝕性介質(zhì)（如含Cl?漿液）中，碳化物作為陰極，金屬基體作為陽極，會(huì)加速基體的選擇性腐蝕，導(dǎo)致碳化物突出、松動(dòng)甚至脫落，反而加速了材料的整體損耗。

在氯離子工況下推薦的替代材料：

1. 雙相不銹鋼：

• 優(yōu)點(diǎn)： 具有優(yōu)異的抗Cl?點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕能力（高PREN值：PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N）。強(qiáng)度高，韌性好，耐磨蝕性優(yōu)于奧氏體不銹鋼。常用牌號(hào)如2205、2507。

• 適用： 中高Cl?濃度，耐磨蝕要求較高的工況。2507（超級(jí)雙相鋼）比2205更耐蝕。

2. 奧氏體不銹鋼（高鉬型）：

• 優(yōu)點(diǎn)： 如316L（含Mo），在低Cl?濃度、良好氧化性條件下可用。但更推薦高鉬奧氏體不銹鋼，如904L、254SMO、AL-6XN，它們具有高的PREN值，抗Cl?腐蝕能力強(qiáng)。

• 注意： 對(duì)SCC敏感，需避免高應(yīng)力、高溫和高Cl?濃度同時(shí)存在。

3. 鎳基合金：

• 優(yōu)點(diǎn)： 如哈氏合金C-276、C-22, Inconel 625等。具有頂級(jí)的抗全面腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂能力。

• 缺點(diǎn)： 成本高。

• 適用： 端苛刻工況（高Cl?、高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)磨損）。

4. 特殊高合金鑄鐵/鋼：

• 一些專門設(shè)計(jì)的耐蝕耐磨材料，如含高鎳、高鉬、高銅的鑄鐵或鋼，可能比傳統(tǒng)高鉻合金表現(xiàn)更好，但需具體評(píng)估。

5. 非金屬材料：

• 橡膠襯里： 天然橡膠或合成橡膠（如丁基橡膠、氯丁橡膠）對(duì)漿液具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，尤其適合含細(xì)顆粒的漿體。但需注意溫度限制和抗撕裂性。

• 陶瓷涂層/整體陶瓷： 如氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷，具有的硬度和優(yōu)異的耐腐蝕性（包括耐Cl?），耐磨性最好。適用于高磨損、強(qiáng)腐蝕工況，但成本高且脆性大。

• 工程塑料： 如超高分子量聚乙烯、聚丙烯、PVDF等，在特定溫和腐蝕性漿液中可用，成本低，耐磨性好，但強(qiáng)度和耐溫性有限。

選擇材料的關(guān)鍵考慮因素：

• Cl?濃度： 這是首要決定因素。

• 漿液pH值： 酸性環(huán)境會(huì)顯著加劇Cl?的腐蝕性。

• 溫度： 溫度升高會(huì)大大加速腐蝕速率和局部腐蝕敏感性。

• 漿液中的氧化劑（如溶解氧、Fe3?、Cu2?）： 氧化劑促進(jìn)陰極反應(yīng)，加速腐蝕。

• 固體顆粒的性質(zhì)（硬度、粒徑、形狀、濃度）： 決定磨損強(qiáng)度。

• 流速： 高流速?zèng)_刷可能抑制局部腐蝕，但也加劇磨損；低流速易導(dǎo)致沉積和縫隙腐蝕。

• 泵的受力狀態(tài)（應(yīng)力水平）： 評(píng)估SCC風(fēng)險(xiǎn)。

• 成本效益。

總結(jié)：
在氯離子含量高的渣漿泵工況下，高鉻合金（Cr25-Cr30）因其鈍化膜易被Cl?破壞，極易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕，且其碳化物與基體的電化學(xué)差異可能導(dǎo)致選擇性腐蝕，使其耐蝕性無法滿足要求。此時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮雙相不銹鋼（尤其是超級(jí)雙相鋼如2507）、高鉬奧氏體不銹鋼、鎳基合金或非金屬材料（橡膠襯里、陶瓷），并根據(jù)具體的工況條件（Cl?濃度、溫度、pH、磨損性、成本等）進(jìn)行綜合選材。絕對(duì)不能僅僅因?yàn)楦咩t合金耐磨性好就在高氯工況下選用它，耐蝕性不足會(huì)導(dǎo)致設(shè)備快速失效。