由于硫酸的强烈腐蚀性，使生产硫酸和使用硫酸的设备造成了严重的腐蚀。为了防止或减轻这种腐蚀，保证生产的顺利进行，各种硫酸设备的材料必须根据硫酸的腐蚀特性以及各种材料的耐蚀性能进行正确的选择和合理的使用。 

 

一、硫酸的腐蚀特性：

 

    硫酸主要是用接触法和铅室法生产的。硫或硫化物，如硫化铜矿石经过燃烧生成二氧化硫，在氧和催化剂的作用下，二氧化硫变成了三氧化硫，三氧化硫溶介于水即得硫酸。当硫酸浓度大于100%，并含有游离三氧化硫气体时被称为发烟硫酸。例如含有20%游离三氧化硫气体的酸被称为20%发烟硫酸或104.5%硫酸。

 

    稀硫酸是一种非氧化性酸，随着浓度的提高，硫酸就会变成氧化性酸，它可以被还原成二氧化硫。因此浓硫酸可以使钢和铁钝化，使普通钢铁在浓硫酸中成为耐蚀。但是硫酸会吸收空气中的水份，一旦硫酸被稀释到68%以下浓度时，碳钢和铸铁的设备就会受到严重的腐蚀。在非氧化性的稀硫酸中，钢和铁不能通过在表面生成氧化膜而钝化。氧和其他氧化剂的存在会改变稀硫酸的腐蚀特性。但是在浓硫酸中，由于浓硫酸本身是一种氧化剂，因此氧和氧化剂就不会改变浓硫酸对金属的腐蚀特性，正如不锈钢在硝酸中那样不受通氧或不通氧的影响。

 

 二、碳素钢的耐硫酸腐蚀特性：

 

    碳素钢广泛地被用作室温下浓度大于70%的硫酸设备，如贮槽、管线、槽车和船仓等。通常盛装78%、93%、 98%的硫酸和发烟硫酸。图1表示碳素钢在浓硫酸中硫酸浓度和温度对腐蚀率的影响。等腐蚀曲线显示，在硫酸浓度为101%附近，曲线明显下凹，表明此处腐蚀迅速增加，选用碳素钢时要特别注意。在硫酸浓度85%附近，曲线也稍有下凹，表明此处腐蚀稍有增加。曲线的虚线部分表示数据不足，曲线位置多少是带有推测性的。图1也表明，不论在什么温度下，在小于65%的硫酸中，碳素钢是不能使用的。温度在65℃以上时，不论硫酸浓度多大，碳素钢一般也不能使用。

 

    较高的流动速度会增加硫酸对碳素钢的腐蚀，如碳素钢制的泵使用寿命很短，但是每秒几英尺的流动速度，似乎还不会改变它的腐蚀特性。固体悬浮物会引起碳素钢的磨损腐蚀。

 

    充空气对碳素钢在浓硫酸中的腐蚀影响很小，因为浓硫酸本身是氧化性的。但是发现“空气泡”对通浓硫酸的管线却有破坏作用。例如一根通93%硫酸的碳素钢管线，使用一段时间后发现沿着管子内壁的顶部出现沟槽，沟槽深而锐利，而在管子的其他内表面上几乎没有腐蚀。这显然是由沿着管子内壁上方浮动的“空气泡”引起的。空气是通过泵的垫料处吸入，并随着流动的硫酸进入系统内部、这种“空气泡”的破坏作用可以通过排出空气或防止空气从泵、阀等处进入管线而得到克服。

 

    碳素钢在浓硫酸中使用，因焊接等原因受热后，在局部地区会出现“牛皮癣”腐蚀，这是由于珠光体组织受热后球化引起的，将碳钢经850℃左右的正火处理后可以防止“牛皮癣”腐蚀的发生。

 

三、低合金钢的耐硫酸腐蚀特性：

 

    低合金钢在硫酸中的耐蚀性大体和碳素钢相似，但是含铜或含钼的某些低合金钢在室温稀硫酸中的耐蚀性有所提高。例如09CuWSn钢在室温稀硫酸中具有比普通碳素钢好得多的耐蚀性，在浓硫酸中的耐蚀性和普通碳素钢相似。09CuWSn钢的成份和性能见表1。

 

 

四、铸铁的耐硫酸腐蚀特性：

 

    普通铸铁在硫酸中的耐蚀性和普通碳素钢相似。但是灰铸铁在浓硫酸中会发生开裂现象。这是因为酸能够沿着连续的片状石墨组织渗入铸铁内部，使铸铁内部发生腐蚀(公众号:泵管家)。由于腐蚀产物体积增大，而使局部产生很高的应力。随着腐蚀产物的增加，局部内应力不断增加，最后导致铸铁开裂损坏。因此在硫酸中普通灰铸铁通常不宜采用。如果通过热处理，使连续的片状石墨组织变成不连续的球状组织，这样硫酸就不会渗入铸铁内部，从而就可以防止铸铁在硫酸中发生开裂现象。因此，所谓可锻铸铁、球墨铸铁或延性铸铁在硫酸中就具有较好的使用性能。

 

    铸铁和碳钢一起在100%左右的硫酸中使用时，可能会发生电偶腐蚀。由于铸铁较脆以及考虑到安全等的原因，因此在可能的条件下应该宁用碳钢而少用铸铁。

 

五、高硅铸铁的耐硫酸腐蚀特性：

 

    高硅铁的典型成份为含碳0.95%，含硅14.5%，其余为铁。从成份看，似属于钢，从组织和性能来看，它和铸铁相似，所以通常称为高硅铸铁。它不含铬和镍等贵重合金元素，并且有很好的耐蚀性能。在硫酸中，从0~100%的浓度中，它具有比所有其他工程合金更好的耐蚀性，因此广泛地被用于硫酸介质中。但是高硅铸铁硬而脆，难以加工，只能铸造。在使用中对温度变化很敏感，激冷激热也会开裂损坏，受机械振动或冲击时也较易开裂，因此制造、安装、使用都必须特别小心。但是，因为它硬，所以很耐磨，特别适宜在含有固体悬浮物或固体杂质的硫酸中使用。

 

 

 

    近年来，通过加稀土元素等办法，高硅铸铁的脆性已经有所改善，并且已经可以制造泵、阀、硫酸浓缩加热器、喷雾器、小型容器、贮槽出口、管子、电极、泡帽、塔体另件以及其他配件等。

 

    图2表示高硅铸铁(Duriron)在硫酸中的耐蚀性。图中沸点曲线用0.13毫米/年和0.5毫米/年等腐蚀曲线来表示，这表明高硅铸铁在硫酸中直至沸腾温度时都有很好的耐蚀性。但是在浓度大于100%的发烟硫酸中，高硅铸铁和普通灰铸铁一样不宜使用。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率就会明显增加。高硅铸铁已经可以用到540℃的高温，但是在使用中必须严格注意缓慢的加热和冷却，并避免冲击和振动等。

 

六、铅的耐硫酸腐蚀特性：

 

    铅被广泛地用于稀硫酸中，在70%以下的硫酸中，铅具有很好的耐蚀性，但是在浓硫酸中则不行。这种情况正好和碳钢相反(图3)。

 

 

    图4是含铜0.06%的铅的等腐蚀图。它表明在低浓度硫酸中，铅几乎不受腐蚀，但随着温度和浓度的增加，腐蚀率增加了。在90%以上的浓硫酸中铅变得很不耐蚀，这显然是因为在稀硫酸中具有保护作用的硫酸铅表面膜在浓硫酸中被溶介而引起的。

 

    高纯铅在稀硫酸中具有较好的耐蚀性，但是它软而强度低，蹄铅在浓硫酸中具有较纯铅好的耐蚀性，但在稀硫酸中不及纯铅好。含锑4~5%的铅通常被称为硬铅，具有比纯铅较高的机械强度，适宜制作铸件等，但是这种“高强度”在温度高达87℃时即便消失，甚至变得比纯铅还低。另外“硬铅”的耐蚀性也没有纯铅好，这在选用时必须注意，特别在高温下使用的设备更要注意。

 

    由于铅软而易于磨损，因此高速酸或含有固体杂质的介质往往会破坏其表面的硫酸铅保护膜，使铅加速腐蚀，所以铅不宜制作泵，也很少用作阀。衬铅的容器，在高温或带有磨损的条件下，常常用内衬耐酸砖的办法来保护。

 

七、铬镍钼铜合金的耐硫酸腐蚀特性：

 

    铬镍钼铜合金是专门发展用于硫酸中的合金，国外著名的牌号Durimet20(达里美)、Esco20(依斯科)、Carpenter20(卡品脱)(锻态)、FA-20等。由于它们之间的成份和性能相似，并都用20序号，因此通常统称为20号合金。该类合金都是奥氏体组织(公众号:泵管家)，具有和18-8铬镍不锈钢相似的机械性能。在国内，这类合金的牌号有OCr23 Ni28Mo3Cu3Ti；OCr20Ni24 Mo3Si3Cu2；OCr12Ni25Mo3 Cu3Si2Nb等。

 

 

 

    图5表示达里美20号合金在硫酸中的等腐蚀图。声图可知该合金不同于铅和碳钢，它在整个硫酸浓度范围内都有较好的耐蚀性。在78%左右的硫酸中，曲线向下凹，表明该合金腐蚀率在此附近较大。硫酸铁和硫酸铜在硫酸中对20号合金起缓蚀剂的作用，使腐蚀率降低。而氯化铁和氯化亚铜在硫酸中，当浓度较高时会使20号合金发生点腐蚀。

 

    20号合金在硫酸中主要用作泵、阀。包括接触法制造硫酸的工厂在内的许多工业部门都使用这类合金，并已列为标准。因为碳钢和铸铁的泵、阀在浓硫酸中使用寿命不长，而铅制的泵、阀在稀硫酸中容易产生磨蚀。

 

    表2列出了OCr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb钢的成份和性能。

 

 

 八、镍钼合金和镍铬钼合金的耐硫酸腐蚀特性:

 

            镍铝合金有铸造的Chlorimet2号(开罗里美)和可以铸造或锻造的Hastelloy B(哈斯特罗依)合金等。它们大致由三分之二的镍和三分之一的钼组成。经过固溶热处理后可以得到最好的耐蚀性能。图6为开罗里美2号合金和哈斯特罗依B合金在硫酸中的等腐蚀图。

 

它显示了该类合金在硫酸中具有良好的耐蚀性能。在8%以下的高温稀硫酸中耐蚀性稍差。这类合金在使用中要注意杂质的影响，特别是氧化性杂质，如硝酸、氯气、次氯酸盐、氯化亚铜、氯化铁、硫酸铁以及通空气等的影响，它们往往会加速这类合金的腐蚀，使寿命缩短。这类合金可以时效硬化，但时效常常会使合金变脆，并使耐蚀性降低。

 

 

    镍铬钼合金有铸造的Chlorimet3号合金和可以铸造、锻造的Hastelloy C合金等。它们是一类具有约18%铬和18%钼的镍基合金，在整个浓度范围的硫酸中都有较好的耐蚀性。

 

参见图7所示。由于铬的存在，使该类合金在氧化性条件下也具有一定的钝化能力，因此镍铬钼合金对氧化性杂质的影响就不如镍钼合金那样敏感。在还原性条件的高温稀硫酸中它们也较耐蚀，例如在人造丝的凝结浴中。在中等浓度的高温硫酸中的耐蚀性不及镍钼合金。

 

 

九、不锈钢的耐硫酸腐蚀特性:

 

    普通不锈钢通常不用于接触硫酸的设备上，18-12Mo型不锈钢偶尔被用于室温含很稀的硫酸的介质中，或者是含有氧化性成份的稀硫酸溶液中。由于不锈钢在硫酸中耐蚀性不稳定，要获得可靠的数据并制成腐蚀图是比较困难的。

 

    在室温浓硫酸中，不锈钢具有尚好的耐蚀性，但在通常的情况下，宁可采用碳钢而不采用不锈钢。除非介质要求防止铁离子污染时，或者是在101%左右硫酸中碳钢不能使用时，才能选用不锈钢。铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬镍钼不锈钢相似，在室温浓硫酸中具有较好的耐蚀性，随着温度的升高腐蚀率也明显升高。在60℃以上的浓硫酸中，使用寿命较短，不宜采用。

 

 

    含硅的不锈钢1Cr18Ni11Si4A1Ti，在浓硫酸中具有比普通不锈钢好得多的耐蚀性，即使在较高的温度下也有较好的耐蚀性。表3表明在97%左右的浓硫酸中1Cr18Ni11Si4A1Ti钢具有比其他不锈钢更好的耐蚀性。因此在60~100℃的浓硫酸中使用的设备，可采用1Cr18Ni11Si4A1Ti而不必采用昂贵的镍钼合金。我国合成酒精设备上用的泵、阀就是这样，效果显著。表4为1Cr18Ni11Si4A1Ti钢的成份和性能。

 

 

    含铜、钼的不锈钢，如OCr18Ni18Mo2Cu2Ti和1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N钢等，主要用在稀硫酸中。这类钢在温度低于40℃、浓度小于70%的硫酸中可以使用。在浓度小于5%的硫酸中，温度高达80℃时也可使用。表5列出1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N 钢的成份和性能。该钢适宜制造泵、阀等铸件或锻件。

 

 

十、铜合金的耐硫酸腐蚀特性:

 

    铜及铜合金在还原性的稀硫酸中是十分稳定的，因为它们具有较氢高得多的电极电位，在稀硫酸中就不易发生折氢腐蚀反应，这就使得铜及铜合金在稀硫酸中具有较其他工程合金好得多的耐蚀性。但是铜及铜合金对氧化性杂质很敏感，当稀硫酸中含有氧、硝酸、铬酸、氯气、次氯酸盐、氯化亚铜、氯化铁、硫化铁以及氨与氨盐时都会加速铜及铜合金的腐蚀。在具有氧化性的浓硫酸中铜及铜合金也不耐蚀。

 

    在敞口的稀硫酸设备中，铜及铜合金在水线处会发生严重的腐蚀。锡青铜在60%以下浓度、80℃以下温度的硫酸中可以使用。硅青铜(Everdur)具有比锡青铜稍好的耐蚀性。铝青铜在稀硫酸中使用效果较好，这不仅是因为它比较耐磨损腐蚀，而且它对氧化性条件也不如前面所述铜合金那样敏感。图8是含铝10%的铝青铜的等腐蚀图。由图可知，在40%以硫酸中，即使到沸点，铝青铜也有良好的耐蚀性。

 

 

   镍白铜在稀硫酸中耐蚀性能良好，特别在中等浓度的沸腾硫酸中耐蚀性能优良。只要介质中不含氧化性杂质，在55%以下硫酸中都可使用。表6给出了Cu88Ni9Si2合金的成份和性能。

 

    Cu88Ni9Si2合金适宜铸造泵、阀等，用于50%以下的高温稀硫酸中性能良好。经合成酒精生产110士10℃,  40±10%硫酸中使用六年以上寿命远远超过包括镍钼合金在内的其他工程合金。

 

 

十一、其他金属和合金在硫酸中的耐腐蚀特性:

 

    .金和铂在硫酸中具有优良的耐蚀性，由于稀少和昂贵，不能作为工程合金在工业上大量使用，只有在某些特殊的场合，例如要求腐蚀极小的人造丝喷咀和不容许污染的试剂纯硫酸的吸收塔等个别设备或另件可以少量采用。

 

    钽除了很浓很热的硫酸外，都很耐蚀。锆在60%浓度以下直至沸腾的硫酸中都很耐蚀，在92℃以下的浓硫酸中也很耐蚀。锆-铪合金在硫酸中也具有很好的耐蚀性。

 

    钛在硫酸中除了很稀的浓度外都不耐蚀，但是钛有时被作为缓蚀剂，例如在熔炼镍矿石的设备上，钛被成吨地使用。钛中加入某些合金元素可以改善它的耐硫酸性能。表7列出了合金元素对钛的耐硫酸性能的影响。钦铝合金(Ti68Mo32)在硫酸中具有较好的耐蚀性。

 

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

 

 

十二、非金属材料在硫酸中的耐腐蚀特性:

 

    表8列出了一些非金属材料在硫酸中的耐蚀性。应该注意的是非金属材料的机械性能不及金属材料好、如塑料不仅容易老化，而且在稍高温度时即易产生蠕变破坏。玻璃、陶瓷则很脆。

 

另外也要注意，一些非金属材料，如塑料和合成橡胶等的耐蚀性也和金属材料一样受它们的成份、增塑剂和填料等的影响而变化。因此不同牌号的非金属材料的耐蚀性能应该在给定的腐蚀条件下试验确定。

 

十三、耐硫酸材料的选用:

 

    由于各种不同的材料在不同浓度或温度的硫酸中显示出不同的耐蚀性，彼此之间又没有相同的规律，因此耐硫酸材料的选用必须以实验和经验为基础。George. A. Nelson首先根据大量的实验资料和工厂的使用经验绘制了耐硫酸材料选用图。他把硫酸的浓度-温度状态图(常压沸点以下)划分成10个区域，各区内腐蚀率≤0.5毫米/年的材料用表列出。

 

但是须注意此腐蚀率仅指材料在静止或流速不大的单纯硫酸中适用，如果酸中含有其他会明显改变材料腐蚀特性的杂质或酸的流速很高会使材料发生磨损腐蚀时，本选用图就不能直接搬用。经过补充的耐硫酸材料选用图见图9和表9所示。有关某些耐硫酸合金的成份见表10所示。