了解硫酸的腐蚀特性，正确选择硫酸设备材料

了解硫酸的腐蚀特性，正确选择硫酸设备材料

由于硫酸的强腐蚀性，使生产和使用硫酸的设备受到了严重的腐蚀。为了防止或减少这种腐蚀，保证生产的顺利进行，必须根据硫酸的腐蚀特点和各种材料的耐腐蚀性能，正确选择和合理使用各种硫酸设备的材料。

1、硫酸的腐蚀特点：

硫酸主要用接触法和铅室法生产。将硫或硫化物，如硫化铜矿，燃烧生成二氧化硫。在氧和催化剂的作用下，二氧化硫转化为三氧化硫。三氧化硫溶于水，得到硫酸。当硫酸浓度大于100%且含有游离三氧化硫气体时，称为发烟硫酸。例如，含有20%游离三氧化硫气体的酸称为20%发烟硫酸或104.5%硫酸。

稀硫酸是非氧化性酸，随着浓度的增加，硫酸变成氧化性酸，可还原为二氧化硫。因此浓硫酸能使钢铁钝化，使普通钢铁在浓硫酸中耐腐蚀。但硫酸会吸收空气中的水分，硫酸一旦稀释到68%以下的浓度，碳钢、铸铁设备就会受到严重的腐蚀。在非氧化性的稀硫酸中，钢铁不能通过在表面形成氧化膜而达到钝化的效果。氧和其他氧化剂的存在会改变稀硫酸的腐蚀特性。但在浓硫酸中，由于浓硫酸本身是氧化剂，所以氧气和氧化剂不会改变浓硫酸对金属的腐蚀特性，就像不锈钢在硝酸中不受氧气或无氧的影响一样。

2、碳钢耐硫酸腐蚀性能：

碳钢广泛应用于常温下浓度大于70%的硫酸设备，如储罐、管道、槽车、船舶仓库等，通常盛装78%、93%、98%硫酸和发烟硫酸。图1示出了硫酸浓度和温度对碳钢在浓硫酸中腐蚀速度的影响。腐蚀曲线表明，在硫酸浓度101%附近曲线明显凹陷，说明此处腐蚀迅速增加，选用碳钢时应特别注意。在硫酸浓度85%附近，曲线也略微凹陷，说明此处腐蚀略有增加。曲线的虚线部分表明数据不足，曲线的位置或多或少具有推测性。图1还表明，在任何温度下，碳钢都不能用于低于65%的硫酸中。当温度高于65℃时，无论硫酸浓度如何，碳钢都不能使用。

较高的流速会增加硫酸对碳钢的腐蚀，例如碳钢泵的寿命很短，但每秒几英尺的流速似乎并没有改变其腐蚀特性。悬浮固体会引起碳钢的磨损腐蚀。

充入空气对浓硫酸中碳钢的腐蚀影响不大，因为浓硫酸本身就具有氧化性。但研究发现，“气泡”对通过浓硫酸的管道有破坏作用。例如，一条通过93%硫酸的碳钢管道，在使用一段时间后，发现管道内壁顶部沿线有深而尖的凹槽，而管道其他内表面几乎没有腐蚀。这显然是由管道内壁上方漂浮的“气泡”引起的。空气通过泵的垫圈被吸入，并随流动的硫酸进入系统。通过排出空气或防止空气从泵、阀门等进入管道，可以克服这种“气泡”的破坏作用。

碳钢在浓硫酸中使用时，由于焊接等原因加热，局部区域会产生“牛皮癣”腐蚀。这是由于加热后珠光体组织发生球化所致。对碳钢进行850℃左右正火处理，可防止“牛皮癣”腐蚀的发生。

3.低合金钢的耐硫酸腐蚀性能：

低合金钢在硫酸中的耐蚀性一般与碳钢相近，但某些含铜或含钼的低合金钢在常温稀硫酸中的耐蚀性有所提高。如钢在常温稀硫酸中的耐蚀性比普通碳钢好得多，在浓硫酸中的耐蚀性与普通碳钢相近。钢的成分及性能见表1。

4、铸铁的耐硫酸腐蚀性能：

普通铸铁在硫酸中的耐蚀性与普通碳钢相近。但灰铸铁在浓硫酸中会开裂。这是因为酸能顺着连续片状石墨组织渗透到铸铁内部，导致铸铁内部腐蚀（公众号：Pump ）。随着腐蚀产物体积的增大，局部会产生非常高的应力，随着腐蚀产物的增多，局部内应力不断增大，最后铸铁开裂损坏。所以普通灰铸铁通常不适合在硫酸中使用。如果通过热处理将连续片状石墨组织转变为不连续的球状组织，硫酸就不会渗透到铸铁内部，从而防止铸铁在硫酸中开裂。所以所谓的可锻铸铁、球墨铸铁或球墨铸铁在硫酸中的表现更佳。

当铸铁和碳钢一起用于约 100% 的硫酸中时，可能会发生电化学腐蚀。由于铸铁的脆性和安全性考虑，应尽可能少使用碳钢，而应少使用铸铁。

5、高硅铸铁的耐硫酸腐蚀性能：

高硅铁的典型成分是0.95%碳、14.5%硅，其余为铁。从成分上看，它似乎属于钢，从组织和性能上看，又与铸铁相似，所以通常称为高硅铸铁。它不含铬、镍等贵重合金元素，耐腐蚀性能好。在硫酸中，从浓度0~100%来看，它的耐腐蚀性能比所有其他工程合金都要好，所以在硫酸介质中得到广泛的应用。但是高硅铸铁硬而脆，加工困难，只能铸造。在使用过程中对温度变化非常敏感，突然冷却和加热就会产生裂纹和损坏。在受到机械振动或冲击时也更容易开裂，所以在制造、安装和使用时必须特别小心。但是，由于它很硬，所以很耐磨，特别适合在含有悬浮固体的环境中使用。

可用于含有固体或固体杂质的硫酸。

近年来，通过添加稀土元素等方法改善了高硅铸铁的脆性，可用于制造泵、阀门、硫酸浓缩加热器、喷雾器、小型容器、储罐出口、管道、电极、泡罩、塔部件等配件。

图2为高硅铸铁（）在硫酸中的耐腐蚀性能。图中沸点曲线为0.13mm/年，

0.5mm/年的腐蚀曲线，说明高硅铸铁在直至沸腾温度的硫酸中都有良好的耐腐蚀性能。但在浓度大于100%的发烟硫酸中，高硅铸铁并不像普通灰铸铁那样适合使用。另外，当硫酸中含有二氧化硫和氟化物时，高硅铸铁在硫酸中的腐蚀速度会显著增加。高硅铸铁最高可使用至540℃，但在使用过程中必须严格控制。

特别注意缓慢加热和冷却，避免冲击和振动等。

6.铅的抗硫酸腐蚀性能：

铅在稀硫酸中应用广泛，在浓度低于70%的硫酸中，铅具有良好的耐腐蚀性，但在浓硫酸中则不然，这与碳钢正好相反（图3）。

图4为含铜0.06%的铅的等腐蚀图，可以看出在低浓度硫酸中，铅几乎不被腐蚀，但随着温度和浓度的升高，腐蚀速度加快。在90%以上的浓硫酸中，铅变得很耐腐蚀，这显然是由于在稀硫酸中起保护作用的硫酸铅表面膜溶解在浓硫酸中造成的。

高纯铅在稀硫酸中耐腐蚀性能好，但质地较软，强度较低。​​蹄铅在浓硫酸中耐腐蚀性能比纯铅好，但在稀硫酸中不如纯铅。含锑4-5%的铅通常称为硬铅，其机械强度比纯铅高，适用于制作铸件等。但这种“高强度”在高达87℃的温度下就消失了，甚至变得比纯铅还低。另外，“硬铅”的耐腐蚀性能也不如纯铅，选用时必须注意，特别是高温下使用的设备。

由于铅质软、易磨损，高速的酸或含有固体杂质的介质常常会破坏其表面的硫酸铅保护膜，加速铅的腐蚀。因此，铅不宜用来制造泵，也很少用作阀门。衬铅容器在高温或磨损条件下，常采用内衬耐酸砖的办法进行保护。

7、铬镍钼铜合金耐硫酸腐蚀性能：

铬镍钼铜合金是专门为硫酸用途而开发的合金，国外著名牌号有（达利美）、（伊斯科）、（卡品特）（锻造）、FA-20等。由于其成分、性能相近，均采用20号序号，所以通常统称为20号合金。该类合金属奥氏体（公众号：泵管家），力学性能与18-8型铬镍不锈钢相近。在国内，该类合金的牌号有OCr23；；等。

图5为达利美20号合金在硫酸中的等腐蚀图。声学图显示该合金不同于铅和碳钢，在整个硫酸浓度范围内均具有良好的耐腐蚀性能。在78%左右的硫酸中，曲线呈凹形，说明在该点附近合金的腐蚀速率相对较大。硫酸中硫酸铁和硫酸铜对20号合金起缓蚀剂作用，降低了腐蚀速率。但硫酸中的氯化铁和氯化亚铜在浓度较高时，会引起20号合金的点蚀。

20合金主要用作硫酸泵和阀门。许多工业部门，包括接触法生产硫酸的工厂，都使用这种合金，并已被列为标准。这是因为碳钢和铸铁泵和阀门在浓硫酸中的使用寿命短，而铅泵和阀门在稀硫酸中容易磨损。

表2列出了该钢的成分和性能。

8、镍钼合金、镍铬钼合金耐硫酸腐蚀特点：

镍铝合金包括铸造2号（Cairo ）和铸造或锻造的B（）合金，大致由三分之二的镍和三分之一的钼组成，经固溶热处理后可获得最佳的耐腐蚀性能，图6为Cairo 2号合金和 B合金在硫酸中的腐蚀图。

说明该类合金在硫酸中耐蚀性良好，在8%以下的高温稀硫酸中耐蚀性稍差。使用该类合金时应注意杂质的影响，特别是硝酸、氯气、次氯酸盐、氯化亚铜、氯化铁、硫酸铁及空气等氧化性杂质，这些杂质易加速该类合金的腐蚀，缩短其寿命。该类合金可用时效法获得硬化，但时效往往使合金变脆，降低其耐蚀性。

镍铬钼合金包括铸造合金和铸锻C合金，是含铬约18%，含钼约18%的一类镍基合金，在硫酸整个浓度范围内均有良好的耐蚀性。

见图7。由于铬的存在，该类合金在氧化条件下也具有一定的钝化能力，因此镍铬钼合金受氧化性杂质的影响不像镍钼合金那么敏感，在还原性条件下的高温稀硫酸中也具有较好的耐腐蚀性能，如在人造丝的凝固浴中。而在中浓度高温硫酸中的耐腐蚀性能就不如镍钼合金了。

9.不锈钢耐硫酸腐蚀性能：

普通不锈钢通常不用于与硫酸接触的设备中，18-12Mo不锈钢偶尔用于常温下含有很稀硫酸的介质中，或者含有氧化性成分的稀硫酸溶液中。由于不锈钢在硫酸中的耐腐蚀性能不稳定，很难得到可靠的数据和制作腐蚀图。

在常温浓硫酸中，不锈钢耐蚀性良好，但一般情况下，碳钢优于不锈钢。只有当介质要求防止铁离子污染，或在101%左右的硫酸中不能使用碳钢时，才可使用不锈钢。铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬镍钼不锈钢类似，在常温浓硫酸中耐蚀性良好。随温度升高腐蚀速度明显增加。在60℃以上的浓硫酸中，使用寿命短，不宜使用。

含硅不锈钢在浓硫酸中的耐蚀性能比普通不锈钢好得多，即使在更高的温度下也是如此。表3表明，该钢在约97%浓硫酸中耐蚀性能优于其他不锈钢。因此，在60~100℃浓硫酸中使用的设备，可以代替价格昂贵的镍钼合金。我国合成酒精设备中使用的泵、阀门就是如此，效果显著。表4给出了该钢的成分和性能。

含铜、钼的不锈钢，如SS钢，主要用于稀硫酸中。这类钢可用于温度低于40℃、浓度小于70％的硫酸中。也可用于浓度小于5％、温度高达80℃的硫酸中。表5列出了该钢的成分和性能。这种钢适用于制造泵、阀门等铸件或锻件。

10.铜合金耐硫酸腐蚀性能：

铜和铜合金在还原性稀硫酸中很稳定，因为它们的电极电位比氢高得多，在稀硫酸中不易发生氢腐蚀，这使铜和铜合金在稀硫酸中的耐腐蚀性能大大优于其他工程合金。但铜和铜合金对氧化性杂质很敏感。当稀硫酸中含有氧、硝酸、铬酸、氯、次氯酸盐、氯化亚铜、氯化铁、硫化铁、氨和铵盐时，会加速铜和铜合金的腐蚀。在具有氧化性的浓硫酸中，铜和铜合金也不耐腐蚀。

在敞开的稀硫酸设备中，铜和铜合金在水线处将遭受严重的腐蚀。锡青铜可用于浓度在60%以下、温度在80℃以下的硫酸中。硅青铜（）的耐腐蚀性能比锡青铜略好。铝青铜在稀硫酸中效果更好，不仅因为它更耐磨损、耐腐蚀，还因为它对氧化条件不像上述铜合金那样敏感。图8是含铝10%的铝青铜的等腐蚀图。从图中可以看出，铝青铜在浓度40%以上的硫酸中，甚至到沸点都有很好的耐腐蚀性能。

镍白铜在稀硫酸中，特别是在中等浓度的沸腾硫酸中，有良好的耐蚀性。只要介质中不含氧化性杂质，在55%以下的硫酸中均可使用。表6为该合金的成分和性能。

该合金适用于铸造泵、阀门等，在50%以下高温稀硫酸中性能良好，经合成酒精生产后可在110±10℃、40±10%硫酸中使用六年以上，远远超过包括镍钼合金在内的其他工程合金。

11、其他金属和合金在硫酸中的耐腐蚀性能：

金和铂在硫酸中具有优良的耐腐蚀性能，但由于其稀有性和高成本，不能作为工程合金在工业上大量使用，只能在一些特殊场合少量使用，如对腐蚀要求极低的人造丝喷嘴、不能被污染的纯硫酸吸收塔等。

钽除了在非常浓和热的硫酸中外，具有很强的耐腐蚀性。锆在浓度低于 60% 直至沸腾的硫酸中具有很强的耐腐蚀性，在低于 92°C 的浓硫酸中也具有很强的耐腐蚀性。锆铪合金在硫酸中也具有良好的耐腐蚀性。

除浓度极稀的硫酸外，钛在硫酸中不耐腐蚀，但钛有时用作缓蚀剂，例如在冶炼镍矿的设备中，钛的使用量是成吨的。在钛中添加某些合金元素，可提高其耐硫酸性能。表7列出了合金元素对钛耐硫酸性能的影响。钛铝合金（）在硫酸中具有良好的耐腐蚀性能。

钼在硫酸中具有优良的耐蚀性，在70℃以下10~95%硫酸中腐蚀速率小于0.025mm/年，在50%以下直至沸腾的硫酸中腐蚀速率小于0.125mm/年，在204℃10%硫酸中腐蚀速率小于0.025mm/年，在204℃20%硫酸中腐蚀速率小于0.1mm/年。

12、非金属材料在硫酸中的耐腐蚀性能：

表8列出了部分非金属材料在硫酸中的耐腐蚀性能，需要注意的是，非金属材料的力学性能不如金属材料，如塑料不仅容易老化，而且在稍高的温度下容易发生蠕变破坏，玻璃和陶瓷的脆性很大。

还应注意的是，一些非金属材料，如塑料、合成橡胶等的耐腐蚀性能也和金属材料一样，受到其成分、增塑剂和填料的影响。因此，应在给定的腐蚀条件下，对不同等级的非金属材料进行耐腐蚀性能试验和确定。

13、耐硫酸材料的选择：

由于不同的材料在不同浓度或温度的硫酸中表现出不同的耐腐蚀性能，它们之间没有共同的规律，因此耐硫酸材料的选择必须依靠实验和经验。A.首先根据大量的实验数据和工厂经验，画出耐硫酸材料的选择图。他将硫酸浓度-温度状态图（常压沸点以下）分成10个区域，并将每个区域中腐蚀速率≤0.5mm/年的材料列成一个表格。

但需要注意的是，此腐蚀速率仅指材料在静态或低流动的纯硫酸中。如果酸中含有其他杂质，会显著改变材料的腐蚀特性或酸的流速很高，会引起材料的磨损和腐蚀，则不能直接使用此选择图。补充的耐硫酸材料选择图如图9和表9所示。部分耐硫酸合金的成分如表10所示。