湖北天門天標泵業-氯離子高工況渣漿泵為什么不能用高鉻合金材質

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，主要原因在于高鉻合金對氯離子引起的局部腐蝕（特別是點蝕和縫隙腐蝕）高度敏感。

以下是詳細原因分析：

1. 點蝕：

• 機制： 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。氯離子具有強的穿透能力，能優先吸附在鈍化膜的薄弱點（如夾雜物、晶界、位錯處），破壞局部區域的鈍化膜。

• 發展： 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）的腐蝕電流密度極大，導致腐蝕迅速向深處發展，形成深而窄的蝕坑（點蝕）。

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

2. 縫隙腐蝕：

• 機制： 渣漿泵中存在許多縫隙結構，如法蘭連接面、螺栓孔、葉輪與護板/前蓋板的間隙、O型圈密封槽、鑄造缺陷等。氯離子容易進入這些縫隙并滯留。

• 發展： 縫隙內的介質相對停滯，氧擴散困難，導致縫隙內缺氧。縫隙內金屬（陽極）和縫隙外富氧區域金屬（陰極）形成濃差電池。同時，縫隙內Cl?濃度會因遷移和蒸發（如果溫度高）而升高，水解酸化（金屬離子水解產生H?）導致pH下降。這種“缺氧、高Cl?、低pH"的環境極大地加速了縫隙內金屬的溶解腐蝕。

• 高鉻合金的弱點： 高鉻合金在縫隙腐蝕環境中表現不佳，縫隙內鈍化膜更容易破壞且難以修復，腐蝕速率遠高于開放表面。

3. 應力腐蝕開裂：

• 風險： 在特定條件下（高Cl?濃度、高拉應力、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）可能發生氯離子應力腐蝕開裂。雖然高鉻鑄鐵的基體主要是堅硬的碳化物和較脆的鐵素體/馬氏體，SCC風險相對奧氏體不銹鋼低，但在工況下（如高溫、高應力、高Cl?濃度）仍存在潛在風險。

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）之間存在電化學電位差。在腐蝕性介質（如含Cl?漿液）中，碳化物作為陰極，金屬基體作為陽極，會加速基體的選擇性腐蝕，導致碳化物突出、松動甚至脫落，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：

• 優點： 具有優異的抗Cl?點蝕和縫隙腐蝕能力（高PREN值：PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N）。強度高，韌性好，耐磨蝕性優于奧氏體不銹鋼。常用牌號如2205、2507。

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

2. 奧氏體不銹鋼（高鉬型）：

• 優點： 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。

• 注意： 對SCC敏感，需避免高應力、高溫和高Cl?濃度同時存在。

3. 鎳基合金：

• 優點： 如哈氏合金C-276、C-22, Inconel 625等。具有頂級的抗全面腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂能力。

• 缺點： 成本高。

• 適用： 端苛刻工況（高Cl?、高溫、強腐蝕、強磨損）。

4. 特殊高合金鑄鐵/鋼：

• 一些專門設計的耐蝕耐磨材料，如含高鎳、高鉬、高銅的鑄鐵或鋼，可能比傳統高鉻合金表現更好，但需具體評估。

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）對漿液具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，尤其適合含細顆粒的漿體。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，具有的硬度和優異的耐腐蝕性（包括耐Cl?），耐磨性最好。適用于高磨損、強腐蝕工況，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，但強度和耐溫性有限。

選擇材料的關鍵考慮因素：

• Cl?濃度： 這是首要決定因素。

• 漿液pH值： 酸性環境會顯著加劇Cl?的腐蝕性。

• 溫度： 溫度升高會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?）： 氧化劑促進陰極反應，加速腐蝕。

• 固體顆粒的性質（硬度、粒徑、形狀、濃度）： 決定磨損強度。

• 流速： 高流速沖刷可能抑制局部腐蝕，但也加劇磨損；低流速易導致沉積和縫隙腐蝕。

• 泵的受力狀態（應力水平）： 評估SCC風險。

• 成本效益。

總結：
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，極易發生點蝕、縫隙腐蝕，且其碳化物與基體的電化學差異可能導致選擇性腐蝕，使其耐蝕性無法滿足要求。此時，應優先考慮雙相不銹鋼（尤其是超級雙相鋼如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），并根據具體的工況條件（Cl?濃度、溫度、pH、磨損性、成本等）進行綜合選材。絕對不能僅僅因為高鉻合金耐磨性好就在高氯工況下選用它，耐蝕性不足會導致設備快速失效。