湖北天门天标泵业-氯离子高工况渣浆泵为什么不能用高铬合金材质

在氯离子（Cl⁻）含量高的工况下，渣浆泵不建议使用高铬合金（通常指Cr25~Cr30的高铬白口铸铁或类似高铬钢）材质，主要原因在于高铬合金对氯离子引起的局部腐蚀（特别是点蚀和缝隙腐蚀）高度敏感。

以下是详细原因分析：

1. 点蚀：

• 机制： 高铬合金依赖其表面形成的富铬氧化物钝化膜（主要成分是Cr₂O₃）来抵抗腐蚀。氯离子具有强的穿透能力，能优先吸附在钝化膜的薄弱点（如夹杂物、晶界、位错处），破坏局部区域的钝化膜。

• 发展： 钝化膜被破坏后，暴露的基体金属（阳极）与周围完好的钝化膜（阴极）形成电偶腐蚀电池。由于阴阳极面积比悬殊（小阳极大阴极），阳极（暴露点）的腐蚀电流密度极大，导致腐蚀迅速向深处发展，形成深而窄的蚀坑（点蚀）。

• 高铬合金的弱点： 虽然高铬合金耐磨性好，但其钝化膜在含氯环境中稳定性不足，尤其是当Cl⁻浓度超过一定临界值（该值受温度、pH、流速等因素影响）时，点蚀极易引发和扩展。

2. 缝隙腐蚀：

• 机制： 渣浆泵中存在许多缝隙结构，如法兰连接面、螺栓孔、叶轮与护板/前盖板的间隙、O型圈密封槽、铸造缺陷等。氯离子容易进入这些缝隙并滞留。

• 发展： 缝隙内的介质相对停滞，氧扩散困难，导致缝隙内缺氧。缝隙内金属（阳极）和缝隙外富氧区域金属（阴极）形成浓差电池。同时，缝隙内Cl⁻浓度会因迁移和蒸发（如果温度高）而升高，水解酸化（金属离子水解产生H⁺）导致pH下降。这种“缺氧、高Cl⁻、低pH"的环境极大地加速了缝隙内金属的溶解腐蚀。

• 高铬合金的弱点： 高铬合金在缝隙腐蚀环境中表现不佳，缝隙内钝化膜更容易破坏且难以修复，腐蚀速率远高于开放表面。

3. 应力腐蚀开裂：

• 风险： 在特定条件下（高Cl⁻浓度、高拉应力、温度升高），奥氏体不锈钢和高铬合金（如果含有足够镍/奥氏体基体）可能发生氯离子应力腐蚀开裂。虽然高铬铸铁的基体主要是坚硬的碳化物和较脆的铁素体/马氏体，SCC风险相对奥氏体不锈钢低，但在工况下（如高温、高应力、高Cl⁻浓度）仍存在潜在风险。

4. 耐磨性与耐蚀性的矛盾：

• 高铬合金（如Cr27）通过形成大量高硬度的M₇C₃型碳化物获得优异的耐磨性。然而，这些碳化物与金属基体（通常是铁素体或马氏体）之间存在电化学电位差。在腐蚀性介质（如含Cl⁻浆液）中，碳化物作为阴极，金属基体作为阳极，会加速基体的选择性腐蚀，导致碳化物突出、松动甚至脱落，反而加速了材料的整体损耗。

在氯离子工况下推荐的替代材料：

1. 双相不锈钢：

• 优点： 具有优异的抗Cl⁻点蚀和缝隙腐蚀能力（高PREN值：PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N）。强度高，韧性好，耐磨蚀性优于奥氏体不锈钢。常用牌号如2205、2507。

• 适用： 中高Cl⁻浓度，耐磨蚀要求较高的工况。2507（超级双相钢）比2205更耐蚀。

2. 奥氏体不锈钢（高钼型）：

• 优点： 如316L（含Mo），在低Cl⁻浓度、良好氧化性条件下可用。但更推荐高钼奥氏体不锈钢，如904L、254SMO、AL-6XN，它们具有高的PREN值，抗Cl⁻腐蚀能力强。

• 注意： 对SCC敏感，需避免高应力、高温和高Cl⁻浓度同时存在。

3. 镍基合金：

• 优点： 如哈氏合金C-276、C-22, Inconel 625等。具有顶级的抗全面腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂能力。

• 缺点： 成本高。

• 适用： 端苛刻工况（高Cl⁻、高温、强腐蚀、强磨损）。

4. 特殊高合金铸铁/钢：

• 一些专门设计的耐蚀耐磨材料，如含高镍、高钼、高铜的铸铁或钢，可能比传统高铬合金表现更好，但需具体评估。

5. 非金属材料：

• 橡胶衬里： 天然橡胶或合成橡胶（如丁基橡胶、氯丁橡胶）对浆液具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，尤其适合含细颗粒的浆体。但需注意温度限制和抗撕裂性。

• 陶瓷涂层/整体陶瓷： 如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷，具有的硬度和优异的耐腐蚀性（包括耐Cl⁻），耐磨性最好。适用于高磨损、强腐蚀工况，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，在特定温和腐蚀性浆液中可用，成本低，耐磨性好，但强度和耐温性有限。

选择材料的关键考虑因素：

• Cl⁻浓度： 这是首要决定因素。

• 浆液pH值： 酸性环境会显著加剧Cl⁻的腐蚀性。

• 温度： 温度升高会大大加速腐蚀速率和局部腐蚀敏感性。

• 浆液中的氧化剂（如溶解氧、Fe³⁺、Cu²⁺）： 氧化剂促进阴极反应，加速腐蚀。

• 固体颗粒的性质（硬度、粒径、形状、浓度）： 决定磨损强度。

• 流速： 高流速冲刷可能抑制局部腐蚀，但也加剧磨损；低流速易导致沉积和缝隙腐蚀。

• 泵的受力状态（应力水平）： 评估SCC风险。

• 成本效益。

总结：
在氯离子含量高的渣浆泵工况下，高铬合金（Cr25-Cr30）因其钝化膜易被Cl⁻破坏，极易发生点蚀、缝隙腐蚀，且其碳化物与基体的电化学差异可能导致选择性腐蚀，使其耐蚀性无法满足要求。此时，应优先考虑双相不锈钢（尤其是超级双相钢如2507）、高钼奥氏体不锈钢、镍基合金或非金属材料（橡胶衬里、陶瓷），并根据具体的工况条件（Cl⁻浓度、温度、pH、磨损性、成本等）进行综合选材。绝对不能仅仅因为高铬合金耐磨性好就在高氯工况下选用它，耐蚀性不足会导致设备快速失效。