硫酸用不锈钢的选择

3.高钼（Mo>4%）不锈钢

耐硫酸性能较含钼 2%~3% 的不锈钢进一步提高。

4.钼（Mo）+ 铜（Cu）复合合金化不锈钢

耐硫酸性能优于仅含钼的不锈钢，使用范围更广泛。

5.钼（Mo）+ 铜（Cu）+ 硅（Si，3%~4%）三元素复合不锈钢

包括 Cr-Ni 奥氏体钢和 α+γ 双相不锈钢，是耐硫酸不锈钢中性能更佳、使用范围更宽的一类。

6.高牌号耐硫酸不锈钢

如 0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti、1Cr24Ni20Mo2Cu3（K 合金）、0Cr20Ni29Mo3Cu4（Carpenter-20）等，主要用于常压下 80℃以下的各种浓度硫酸环境。

7.高硅（~6%）不锈钢

在 90%~98% 的高温浓酸中，需根据使用温度和浓度选用，例如国外专利牌号 SARAMET（00Cr17Ni17Si6）、SHRAMET SX（00Cr18Ni20Si6MoCu），以及国内专利牌号 SS920（超低碳，含约 6% Si 及 Mo、Cu）。

SS920 在高温（≤130℃）、浓度 > 90% 的浓硫酸中，年腐蚀率可控制在 0.1~0.01 以下，但接触稀硫酸时耐蚀性会显著下降。

三、硫酸中不锈钢的选择（方案一）

方案一来自George. A. Nelson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。陆世英等专家根据不锈钢的分类进行修订，用于指导硫酸中不锈钢的选择。

图1 不锈钢在硫酸中的等腐蚀图

表2 图1中各种不锈钢的选择表

• 含氧化剂的稀硫酸环境

当稀硫酸中含有足够的氧和氧化剂时，不锈钢的耐蚀性可提高，使用范围可扩大。例如，在浓度低于 65% 的硫酸中，本不能选用一般 18-8 型 Cr-Ni 不锈钢，但当含有 > 5% HNO3 时，则可作为耐蚀材料应用。

• 含杂质的硫酸环境

硫酸中含有的杂质对不锈钢腐蚀速度影响不同：

含较多 F-、Cl – 时，会显著提高不锈钢的腐蚀速度；

含 500-2000ppm 铜离子时，会产生极大的缓蚀作用，从而扩大不锈钢的使用范围。

• 稀硫酸且存在磨蚀的条件

采用含 Mo 和含 Mo、Cu 的 Cr-Ni 双相不锈钢是最佳选择。

• 苛刻硫酸条件下的替代材料

当各种牌号的不锈钢均无法满足苛刻的硫酸使用条件时，可选用镍基和铁镍基耐蚀合金，具体可参考镍基合金材料手册。

四、硫酸中不锈钢的选择（方案二）

方案二来自NACE及Sandvik 实验室腐蚀试验结果。下图为常见不锈钢在硫酸中的等腐蚀速率图中，每条实线及点划线表示腐蚀速率为0.1 mm/年，顶部虚线表示沸点。

图2 常见不锈钢在硫酸中的等腐蚀图

表2 不同材质在硫酸中的腐蚀表现

五、典型钢种性能分析

1. 18-10型（1.4301，304）

• 在“室温、浓度≤5%”的稀硫酸中有有限的耐腐蚀性。
• 随着温度升高，耐腐蚀性迅速丧失。
• 在90%以上的浓硫酸、室温条件下可以使用。

2. 17-12-2.5型（1.4401，316）

• 相较于304，在低浓度硫酸中耐蚀性更优。
• 室温下可耐受 22% 以下硫酸；温度升至 40°C 时耐蚀性逐渐下降，60°C 时仅适用于 5% 以下硫酸。

3. 双相不锈钢

• 2304（1.4362）：室温下耐蚀性与 316 相近，80°C 时仍可用于处理 8% 的硫酸。
• 2205（1.4462）：室温下可耐受 40% 硫酸，80°C 时耐受浓度降至 12%。
• 2507（1.4410）：耐蚀性略有提升，室温下可耐受 45% 硫酸。

4. 904L（1.4539）

• 专为硫酸环境开发，在室温至 35°C 范围内，对全浓度硫酸均表现出优异耐蚀性。

六、关于浓硫酸的特殊注意

• 高温下的浓硫酸（98–100%）仍存在腐蚀风险，尤其当被水稀释或氧化性降低时。
• 流速增加或氧化性降低也会影响不锈钢的耐蚀性。

七、杂质的影响

氯离子（Cl⁻）是潜在危险因素。硫酸可与NaCl反应释放出盐酸（HCl），使体系腐蚀性增强。因此，在硫酸系统中应尽量避免氯离子污染。

浓度为 2000ppm 的氯离子会导致不锈钢耐蚀性能剧烈下降（如下图示，腐蚀速率0.1mm/a）。

八、不锈钢合金元素对腐蚀性的影响

• 316 型较 304 型耐蚀性更优，主要得益于钼（Mo）的添加。
• 904L（1.4539）进一步添加 Mo 和 Cu，显著提升了在还原性酸中的耐蚀性。
• 钼（Mo)可提高不锈钢对酸中 Cl⁻的抗腐蚀能力。
• 铜（Cu）对提升不锈钢在中等浓度硫酸中的耐腐蚀性尤为重要。
• 含铜双相钢，如1.4501，也适用于硫酸环境。
• 高硅钢种（如1.4361）适用于高温、高浓度硫酸工况。

九、硫酸的“自我稀释”的腐蚀风险

• 硫酸吸水性极强，可从环境中吸收水分而发生自稀释。
• 例如，原本浓度高于 90%、可安全用于 304 的硫酸，若发生自稀释，可能对不锈钢产生腐蚀。
• 尤其在敞口容器中，空气湿度可能导致液面附近发生局部腐蚀；温度升高会加剧该稀释效应，进而增加腐蚀风险。

十、氧化性和通气对耐腐蚀性的影响

• 通气或氧化性环境有助于不锈钢表面形成钝化膜，从而提升耐蚀性。
• 去氧环境下，不锈钢更易被硫酸腐蚀。
• 某些可还原离子（如Fe³⁺、Cu²⁺、Sn⁴⁺）可作为氧化剂降低腐蚀速率。
• 类似地，添加重铬酸或硝酸也有助于减缓腐蚀。
• 三氧化硫（SO₃）存在于浓度超过 97% 的硫酸中，可减少腐蚀。

此时，使用高铬钢种（如310，含铬25%）更为适宜。

若使用304或316等碳含量较高的不锈钢，在热影响区（HAZ）内可能发生碳化铬析出，进而引发晶间腐蚀（ICC）。

因此推荐使用304L或321等低碳或稳定化型钢种，尤其是在无法进行固溶退火的焊接结构中。

十一、流速对腐蚀的影响

• 不锈钢相较于碳钢更适用于处理高速流动的浓硫酸（90–98%）。
• 在高速湍流环境中，不锈钢的钝化膜更稳定，而碳钢表面会形成易溶的硫酸铁层。
• 但在活性/钝化区域附近的浓度和温度条件下，高流速可能诱发局部腐蚀。