奥氏体不锈钢在工业中的应用
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奥氏体不锈钢是不锈钢类中钢种最多 、使用量最
大的一种 (约占整个不锈钢产量的 65～70 %) 。最常 用的奥氏体不锈钢是 Fe - Cr - Ni 系合金 (即美国的
AISI 300 系 , 与我国钢号对照见表 1) ; Fe - Cr - Ni -
Mn 系 (即美国 AISI 200 系 ,与我国钢号对照见表 2) ;
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化工设备与管道
第 40 卷
制造装置中 ,金属材料的使用范围受到限制 。食盐电 解槽 、干燥塔等用橡胶衬里及玻璃钢衬里 ,而干燥的 液化容器等可用 18 - 8 系不锈钢 。 2. 3 氨
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2003 年第 2 期
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1. 2 亚硫酸 (H 2 SO3) 含 Mo 不锈钢在亚硫酸中是极耐蚀的 。常温的亚
2 在其他的无机化学工业中的应用
2. 1 食盐 中性 NaCl 溶液中 , 不锈钢的表面钝化膜很容易
被破坏而产生点蚀 、应力腐蚀等局部腐蚀 , 特别是高 温水溶液中更容易引起局部腐蚀 。食盐制造装置的 结构材料主要是非金属 。但是 ,近十几年由于要求提 高浓缩结晶过程的效率及食盐制造方法的进步 , 预 热器 、浓缩结晶罐等设备多采用铜合金和高 Mo 奥氏 体不锈钢 , 而离子分离器 、加压鼓风机 、泵等部件可 使用 00Cr17Ni14Mo2 不锈钢 。不锈钢与铜合金一起使 用时 , 由于铜合金的腐蚀生成 Cu2 + , Cu2 + 与 Cl - 一起 将促使不锈钢产生点蚀等局部腐蚀 , 因此这种情况 下应采用高 Mo 的奥氏体不锈钢 。 2. 2 氯
18 - 8、18 - 12 - Mo 等 Cr - Ni 奥氏体钢虽然耐 碱的性能良好 , 但是却极易产生苛性应力腐蚀破裂 , 特别是在中等浓度 (40～50 %) 的 NaOH 中更为突 出 。因此 ,在 NaOH 工业中 Ni 、Monel 、Inconel 合金成为 主要的材料 ,而 304、304L 、316、316L 只用于低浓度的 溶液或低温高浓度溶液中 。
国外 CARPENTER 20Nb3
INCOLOY 825 HASTELLOY G HASTELLOY C276
INCONEL 65
钢号
中国 00Cr20Ni 35Mo 2Cu3Nb
00Cr20Ni 42Mo 3Cu2 00Cr22Ni 45Mo 6Cu2Nb
00Cr16Mo16W4Ni 00Cr22Mo9NbNi
特殊奥氏体不锈钢 (见表 3) 等三种 。
表 1 美国 AISI 300 系与我国钢号对照[1 ] 、[2 ]
钢号
AISI
中国
301 1Cr17Ni7
AISI 304N
钢号 中国
0Cr18Ni 9N
钢号
AISI
中国
316N 0Cr17Ni12Mo2N
302 1Cr18Ni9 305 1Cr10Ni12 317 0Cr19Ni13Mo3
硫酸中 18Cr - 8Ni 系不锈钢是耐蚀的 。但 160 ℃、5atm (506. 6kPa) 以上 ,上述不锈钢急剧侵蚀 ,而 316、316L 在 180 ℃、10atm(1. 013MPa) 的亚硫酸中仍有足够的 耐蚀性 。在 1 %亚硫酸环境中 304、316 在焊后容易引 起晶间腐蚀 ,此时 ,应选择超低碳不锈钢 。 1. 3 硝酸 (HNO3)
氨的制造方法 , 根据其使用的原料分为油气化 制造氨装置 、水电解制造氨装置 、焦炉发生煤气 、水 发生炉气制造氨装置等 。这些装置的材料 ,部分使用 碳钢 , 部分使用特殊材料 , 如 18 - 8 不锈钢 , Al 、In2 conel 、Ni 、Monel 合金等 。不锈钢主要用于热交换器以 防水的腐蚀 , Inconel 、Monel 、Ni 用于耐无水氨和氨溶 液的腐蚀 。304L 、347 不锈钢用作合成塔内部构件 。
近年氯乙烯 、整体模制塑料等出现 , 使氯的需要 急剧增长 。食盐水电解得到的氯气经浓 H2 SO4 干燥冷 却后得到液态氯 。在低温干燥氯气中 ,一般奥氏体不 锈 钢 是 耐 蚀 的 , 例 如 18 - 8 可 用 于 ≤150 ℃ , 00Cr18Ni18Mo5 、00Cr18Ni18Mo2Cu2 可用到 ≤250 ℃, 其腐蚀率 ≤0. 05mm/ a ,温度更高可选用 Ni 基合金 。 在干氯中材料之所以耐蚀 , 主要是由于金属表面生 成一层致密的氯化物 , 从而保护金属进一步被腐 蚀 。在湿氯中表现出优异的耐蚀性的金属材料极少 , 仅有工业纯 Ti 、Hastelley 合金 B 、C 等 。因此 , 在氯的
不锈钢在此氧化性酸中 , 由于表面生成氧化膜 具有极好的耐蚀性 。因此 ,不锈钢在硝酸的制造装置 及以硝酸为原料的各种合成化学工业 (例如硝铵肥 料 、火药 、丙烯睛等) 的装置中被广泛采用 。硝酸腐蚀 主要是均匀腐蚀或晶间腐蚀 , 几乎不引起点蚀和应 力腐蚀 。因此 ,各种 18 - 8 型不锈钢均可得到最广泛 的应用 , 如耐浓度 ≤65 %常压下任何温度的硝酸腐 蚀 ,而当浓度 ≤85 %时应选用 00Cr25Ni20Nb 合金 ,当 浓度 ≥85 %和发烟硝酸时 , 一般只能选用高 Si (～ 4 %) 不锈钢 。 1. 4 磷酸 (H 3 PO4)
302B 1Cr18Ni9Si 308 H0Cr21Ni10 317L 00Cr19Ni13Mo3
303 Y1Cr18Ni9 308L H00Cr21Ni10 321 0Cr18Ni11Ti 303e Y1Cr18Ni9Se 309 S 0Cr23Ni13 347 0Cr18Ni11Nb
304 0Cr18Ni9 310 S 0Cr25Ni20
这 时 应 选 用 00Cr18Nil8Mo5 、 00Cr20Ni25Mo4. 5Cu 、 00Cr26Ni35Mo4Cu 或 Ti 。 1. 6 盐酸 (HCl)
在盐酸水溶液中 , 由于 C1- 和 H+ 共同作用破坏 了不锈钢的钝化膜 , 并阻止钝化膜的形成 , 很容易引 起均匀腐蚀 、点蚀及应力腐蚀破裂 。像 Carpenter20、 Werthite 等特殊不锈钢也不能用于盐酸 , 仅仅可用在 很稀的盐酸 。 1. 7 氢氧化钠 (NaOH)
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化工设备与管道
第 40 卷
材料
奥氏体不锈钢在工业中的应用
杜存臣
(徐州工业职业技术学院 ,徐州 221006)
摘要 本文通过不同介质对生产装置腐蚀防护的要求进行分析 , 重点介绍不锈钢中使用量最大的奥氏体不锈钢在石油 、化学 、轻工 、食 品 、医药等行业中的应用 。
关键词 奥氏体不锈钢 工业 应用
304L 00Cr18Ni11 316 0Cr17Ni12Mo2
304LN 00Cr18Ni10N 316L 00Cr17Ni14Mo2
表 2 美国 AISI 200 系与我国钢号对照[1 ] 、[2 ]
钢号 AISI 中国
钢号
AISI
中国
钢号
AISI
中国
201 1CrMn6Ni5N 202 1Cr18Mn8Ni5N 216L 00Cr18Mn8Ni5Mo3N
奥氏体不锈钢从 1913 年在德国问世后 , 在随后 的 80 多年内 , 其成分在 18 - 8(Crl8Ni8) 的基础上有
以下几方面的重要发展 :
(1) 加 Mo 改善了钢的点蚀和耐缝隙腐蚀性 ;
(2) 降低碳含量或加 Ti 或 Nb、Ta 稳定化元素 ,减 小焊接材料的晶间腐蚀倾向 ;
(3) 加 Ni 和 Cr 改善高温抗氧化性和强度 ; (4) 加 Ni 改善了抗应力腐蚀性能 ; (5) 加 S、Se 改善了切削性和构件表面精度 。 由于奥氏体不锈钢具有全面 、良好的综合性能 , 在工业上获得了广泛的应用 。
1 在化学工业中的应用
1. 1 硫酸 (H 2 SO4) 硫酸 、硫铵及合成纤维等化学工业均以硫酸作为
基本原料 。因此 ,其装置广泛地使用不锈钢 。低的和中 等浓度的硫酸为还原性酸 , 热浓硫酸为强氧化性酸 。 因此 ,硫酸浓度 、温度不同 ,应用的材料也不同 。一般 说 , 含 Mo2～3 %的不锈钢是用在硫酸中的最低牌号 , 不含 Mo 的 18 - 8 型钢仅能用于室温下的某些条件 , 含 Mo2～3 %的不锈钢在 5 %的 H 2SO4 中可用到 50°C; 含 Mo3～4 %的不锈钢在 5 %H 2SO4 中则可用到 ≤60° C; 含 Mo 并含 Cu 的不锈钢 ,较仅含 Mo 的钢使用范围 要宽得多 。当硫酸中含高价金属离子时 , 可产生极大 的缓蚀作用 , 扩大一些钢的使用范围 ; 当硫酸中含有 F- , C1- 等活化离子时 , 则显著地加速不锈钢腐蚀 , 从 而使一些不锈钢的使用范围变窄 。
18 - 8 型不锈钢在纯 HAc 中有着优异的耐蚀 性 , 其中 , 在 < 50 %HAc 中可用至沸腾温度 , 在 > 50 %HAc 中可用到 80°C , 高于此温度时则可改用 00Cr17Ni14Mo2 、00Cr17Ni14Mo3 不锈钢 。醋酸生产装 置以及以醋酸为原料的各种合成装置 , 由于存在其 他杂质 , 例如氯离子 、H 2 SO4 、甲酸等 , 通常的 00Crl7Nil4Mo2、00Crl7Ni14Mo3 不锈钢可能遭受腐蚀 ,
3 在石油精炼工业中的应用
石油精炼装置的代表设备为常压蒸馏装置 、减 压蒸馏装置 、接触分离装置 、接触改质装置 、加氢脱 硫装置 、加氢裂化装置 。石油精炼中腐蚀性因素多半 是与原油一起带入的 , 其中主要的为有机硫磺化合 物 (原油中含 0. 01～5 %) 与无机盐类 (几个 ppm～ 200ppm) 。加热时它们分解 , 可能生成 H2 S 和氯化氢 等活性物质 , 此外原油中还含所谓环烷酸等有机酸 , 含量较多时将引起材料激烈腐蚀 , 除原油带入腐蚀 因素外 ,为了提高精炼效果 ,除了用水 、氢外 ,还使用 硫酸 、苛性碱 、氨等 。石油精炼装置中不锈钢使用大 致存在以下问题 : (1) 应力腐蚀破裂 ,穿晶破裂 (以氯 化物为主) ,晶间应力腐蚀破裂 (以硫化物为主) ; (2) 点蚀 ; (3) 晶间腐蚀 ; (4) 环烷酸腐蚀 ; (5) 渗碳脆化 。 因此 , 根据石油精炼装置不同腐蚀情况选用不同材 料 。如高温硫化物系统考虑 A1 和 Cr 的抗硫腐蚀及 高温强度 , 使用 Cr5 - Mo 以上的材料 ; 高温 H2 S - H2 系统使用 13Cr - A1、18 - 8Ni 钢 ;高温高压 H2 系统选 用 Cr - Mo 钢或堆焊 18Cr - 8Ni - Nb 钢 ; 低温 H2 S H2O 系统选用 00Crl8Ni10、00Cr17Ni14Mo2 或蒙乃尔 合金衬里 , H2 S - HCl - H2O 系统选用 00Cr18Ni5Mo3Si 以上的耐点蚀 、耐应力腐蚀不锈钢 ; 环烷酸系统 , 低 流速情况下选用 00Cr17Ni14Mo2 即可 ,高流速情况需 进一步研究 ; 低温 CO2 腐蚀系统 , 一般在 200°C 左右 可使用 00Cr18Ni10 ; 制 H 2 装置中改质炉反应管 、高 温 钢 管 以 及 各 种 加 热 炉 管 的 吊 架 、支 架 可 选 用 25Cr - 20Ni , Inconel 合金 800 等 。
