近年来,国内在材料耐蚀性和新型耐蚀材料方面均取得了一些新的研究成果,具有一定的科学性和广泛的应用性。
(1)新型耐蚀结构钢研究进展。海洋、能源等领域是我国中长期发展的战略重点,这些领域对于钢材的性能提出了更高和更综合化的要求,以满足其苛刻的服役环境和复杂的负载条件。在海洋工程和舰船领域,钢材面临着在海水、海洋大气等复杂腐蚀介质,台风、巨浪、洋流、浪涌等复合载荷条件下的长寿命服役安全问题。在油气田的开采、储运过程中,钢材面临着高温、高压、复合载荷以及恶劣的固、气、液腐蚀等极端服役条件的严峻考验。在电力领域,超超临界锅炉用钢、核电工程用钢等面临着更高温度、更高压力、强辐照、持久安全等问题。恶劣的服役环境和安全长寿的要求使钢铁材料面临严峻挑战,对其综合性能提出了更高的要求。因此,在这种背景下,我国主要钢铁企业,例如宝钢、鞍钢、武钢和首钢等大型企业都把发展新型耐蚀系列化的结构钢的全寿命设计中,在基础理论研究方面,深刻意识到目前我国耐蚀钢寿命较低的原因是有关微纳米结构层次上的腐蚀机理研究严重不足造成的,要发展高品质耐蚀结构钢必须大力发展我国有关微纳米结构层次上的腐蚀机理和理论的研究,这是理论瓶颈问题。近年来,这些大型企业通过自身的能力,并且加强了与高校、科研院所的合作力度,在国家支持下,各类新型耐蚀结构钢的研究和生产有了很好的开端。
(2)耐硫酸、磷酸腐蚀的新材料。硫酸的强烈腐蚀性,对生产硫酸和使用硫酸的设备造成了严重的腐蚀。硫酸工业的发展取决于耐腐蚀材料的发展,因此,研制与开发耐高温(大雨100℃)耐浓硫酸(93%~98%)腐蚀的材料尤为重要。2011年,武钢成功开发出的新一代耐硫酸露点腐蚀钢(以下简称耐酸钢)WNS450通过了华中科技大学煤燃烧国家重点实验室的耐酸腐蚀试验认证,标志着这一新钢种具备了向国内烟草行业供货的资源。
(3)镍基耐蚀合金的发展。镍基耐蚀合金是一类高性能的耐蚀材料,与一般不锈钢、其他耐蚀金属、非金属材料相比,它们在各种腐蚀环境中,具有耐全面腐蚀、局部腐蚀以及应力腐蚀的能力,兼有很好的力学性能以及加工性能,其综合耐蚀性能比不锈钢和其他耐蚀金属材料优良,尤其适宜于现代工业技术下苛刻的介质环境,由于其具有优良的耐硫化物腐蚀剂氯化物腐蚀性能,在高硫原油的精炼中被广泛应用于加氢装置的制造。然而,国内所用的NS1402合金全部要依赖进口。攀钢公司于相关单位组成联合开发项目组,仅用两年便打破国外垄断,开发出拥有自主知识产权的铁镍基耐蚀合金NS1402,并成功研制出了NS1402板材和管材,并于2010年度顺利通过评审,弥补了国内相关领域空白。
(4)新型耐蚀不锈钢。宝钢研制出了建筑屋顶装饰用铁素体不锈钢B445R毛面产品。该产品的耐蚀性比奥氏体不锈钢SUS316L更优越,成本也比SUS316L低,采用常规的成型方法就可以将其加工成屋顶面板。此外,由于该产品的热膨胀系数比SUS316L小,故其热变形也比SUS316L小,进行了毛化处理,其表面具有较低的光反射能力。这些优点使其有能力成为沿海地区建筑物的屋顶装饰材料。B445R已经用作广州亚运会综合体运管屋顶材料。这是国内首次采用国产不锈钢作建筑屋顶装饰材料,是国内耐蚀不锈钢的发展的一次重大飞跃。另外,由于在海洋、石油行业的应用,双相不锈钢也得到快速发展。
(5)耐蚀高分子材料。高分子耐蚀材料是应用极广的一类耐蚀材料,因为它具有很广泛的适应性和用途,被制成各种形态,正面临着快速发展和广阔的市场前景。例如,朱兰瑾、莫晨杰等人开发的高耐磨耐腐蚀改性超高分子量聚乙烯特种管材,其主要采用一种分子量100万-500万、结晶度65%~85%、密度0.92-0.96g/cm3的新型塑料管道加工材料超高分子量聚乙烯树脂(UHMWPE)为主要原材料,添加一定比例的内润滑剂、外润滑剂、成核剂、流动性加工助剂等辅助材料,通过各种原辅材料共混改性后,运用近熔点挤出原理、高效低能辅助剂配方体系、结合低温挤压控制塑化的特殊工艺技术,通过管材挤出生产线成型为高耐磨耐腐蚀的特种塑料管材。一方面很好地解决了该树脂熔体粘度极高、加工流动性极差,加上临界剪切速率极低,容易产生熔体破裂等缺点;另一方面很好地解决了超高分子量聚乙烯树脂在加工过程中,为了提高流动性而破坏其优异特性的难题。使得该管材与众多的聚合物材料相比较,具有摩擦系数小、磨耗低、耐化学腐蚀性优良、耐冲击、抗压性、抗冻性保温性等优异的物理和化学性能,可适用于传统塑料管道所无法应用的石油天然气开采业、化学工业输送矿浆或者泥砂管道等特殊恶劣环境用的管道系统。
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