在第二次世界大戰后不久繁榮起來的肥料、化學纖維工業中,由于很多情況下需要處理硫酸、硫鹽酸、紡絲液,所以316不銹鋼等含鉬的奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang),沒有在美國標準中出現含鉬和銅的奧氏體不銹鋼,現在的SUS316J1不銹鋼以及日本各公司獨立開發的高鎳耐腐蝕性不銹鋼等都被廣泛的應用。一般認為添加鉬銅的不銹鋼最先是由德國開發的,日本各個公司的高鎳不銹鋼也是參考德國Krupp公司開發的耐硫酸V16A鋼(18Cr-18Ni-2Mo-2Cu)等又進行了日本國產化的產品。此外,對于美國開發的Carpenter20(20Cr-30Ni-2Mo-3Cu)和Worthite(20Cr-24Ni-3Si-3Mo-2Cu),也實現了日本國產化從而被廣泛使用。1950年3月,日本根據經濟安定本部的化學工業發展計劃,在日本商工省主辦的不銹鋼座談會上,提出了一份不銹鋼的預期需求量約為3300t/a的細目,不銹鋼材料在用于化學肥料和有機合成共占了70%以上,用于化學成套設備的占壓倒性多數,特別是316不銹鋼需求量最多。圖3.1 顯示了1951年~1958年不銹鋼各種滾軋鋼材的產量,1951年316L不銹鋼占總產量6427噸的34.2%,此后雖然受到經濟變化的影響,任然能達到10%~16%。該圖中還能看到其他鋼種的變化,特別是13Cr系列不銹鋼產量直線上升,1957年~1958年達到了總體的45%,這是因為其中大約一半都作為日本出口西餐餐具用材料供應給日本新瀉縣。


表 2.jpg


  20世紀50年代后半期,紙漿工業對不銹鋼需求增強,特別是在強腐蝕環境中,由于當時采用了蒸解紙漿原料時使用亞硫酸鹽的SP法,所以除了漂白工序以外,在蒸解工序中也大量使用不銹鋼,特別是316不銹鋼和317L不銹鋼。與初期處于處理其他酸的成套設備一樣,雖然利用焊接后固溶溫度下的熱處理、急冷等方法進行處理,但這種用途也存在晶間腐蝕問題,此后蒸汽溶解釜就固定使用316L不銹鋼和316L不(bu)銹鋼復合板(ban)。此外近年來使用堿的蒸解KP法成為主流,由于腐蝕性較弱,蒸解釜所使用的不銹鋼,其主體也變成為了304或304L不銹鋼。可是在漂白工序中,有時候也會暴露在腐蝕性極為強烈的條件下,所有316不銹鋼是不夠的,有時候也會使用317L不銹鋼甚至是 Hastelloy 碳或鈦。

 

  表3.3 中列舉了1960年以前日本的不銹鋼專門生產廠商開發、制造的耐腐蝕特殊不銹鋼的成分,其中大多數是把歐洲開發的鋼種通過在日本化學成套設備上的使用、改良后獲得的,特別是高Cr-高Ni-Mo-Cu鋼和Cr-Ni-高Mo鋼被認為是日本的生產廠商把在德國用于化學成套設備上的不銹鋼改良成日本國內用鋼后獲得的。此外,表3.3中把鉻降低到10%左右的鋼種,是作為耐鹽酸不銹鋼被制造的,但是由于最初其耐鹽酸性還不是十分充分,所以并未被大規模利用。針對這個耐鹽酸性問題,除了非金屬材料以外,作為金屬材料使用了 Hastelloy B(Ni-30Mo)、Hastelloy C(Ni-16Cr-16Mo)等鎳合金,此后也使用了鉭和鋯。


表 3.jpg


  對于上述不銹鋼難以抵抗的環境,作為針對非氧化性酸的金屬材料,人們使用鎳合金,Illium(Cr20%以上,含多量 Mo、Cu的Ni合金)以及 Hastelloy B(Ni-30Mo)、Hastelloy C(Ni-16Cr-16Mo)等,這些也是國外開發又在20世紀60年代初之前被日本國產化了的。此后,又開發、制造了一系列日本版鋼材,如把美國開發的Carpenter 20合金的鎳含量控制在33%~35%,針對高溫硫酸改善了耐腐蝕性的不銹鋼(Carpenter 20Cb-3)以及含鎳較多的 Incoloy 825(20Cr-40Ni-3Mo-2Cu當時被稱做Nionel)等。可是,不怎么增加鎳量,而是通過增加鉻的含量來提高耐腐蝕性的鋼,如25Cr-30Ni-5Mo-1.4Cu(STC85A)8]、20Cr-40Ni-12Mo(NARLOY-3)分別于1964年和1967年在日本國內被開發。前者與Car-penter 20相比,含有較多的鉻而Mo、Cu較少,具有更強的耐硫酸性;后者是將Hastelloy C的鎳含量減少的合金,通過提高鉻含量,在含有氧化酸以及氧化劑的非氧化酸環境中,可以發揮出優于Hastelloy C的耐腐蝕性。


 另(ling)外,為了(le)(le)節約奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中的(de)鎳(nie)含量,由(you)奧氏(shi)體和鐵素(su)體兩相所(suo)組(zu)成的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,在(zai)(zai)(zai)20世紀(ji)30年(nian)代(dai),作為耐(nai)晶(jing)間腐蝕被歐(ou)洲開發出來,美國(guo)也投(tou)入了(le)(le)生產(chan),不(bu)過由(you)于(yu)在(zai)(zai)(zai)制造(zao)上存(cun)在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)的(de)困難,所(suo)以主要作為鑄(zhu)件(jian)被使(shi)用,在(zai)(zai)(zai)各國(guo)也被標準化。日本也于(yu)1950年(nian)左右(you)制造(zao)出相當于(yu)美國(guo)AISI329的(de)雙相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼鑄(zhu)件(jian),雖然它可以替代(dai)316不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼且可節鎳(nie)的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼十分(fen)引人關注,也被用于(yu)化學(xue)工(gong)業(ye),但是(shi)由(you)于(yu)其(qi)(qi)焊接部位存(cun)在(zai)(zai)(zai)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)和韌(ren)性(xing)(xing)的(de)問題,是(shi)其(qi)(qi)用途被縮小(xiao)。此(ci)后(hou)人們清楚了(le)(le)鎳(nie)鉻硅錳鉬(mu)等元素(su)影響鑄(zhu)件(jian)對(dui)硫酸(suan)的(de)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing),而(er)鎳(nie)鉬(mu)鉻會影響板材(cai)耐(nai)硫酸(suan)性(xing)(xing)。隨后(hou)開發通過低碳化和添加氮來改善(shan)焊接部分(fen)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)和韌(ren)性(xing)(xing)的(de)雙相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(NTKR-4)并于(yu)1969年(nian)其(qi)(qi)板材(cai)投(tou)入工(gong)業(ye)性(xing)(xing)生產(chan),這(zhe)種鋼被作為SUS321J1,在(zai)(zai)(zai)1972年(nian)被JIS所(suo)采用。


 伴隨著各個領域(yu)的(de)飛速(su)發展,環境(jing)污(wu)染問題產生了,1963年(nian)日(ri)本制(zhi)(zhi)定了防止(zhi)大氣污(wu)染法(fa)和(he)(he)防止(zhi)水質污(wu)染法(fa)。針對環境(jing)負荷的(de)規定嚴格起來,所(suo)(suo)以(yi)1965年(nian)以(yi)后,對用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)處(chu)理這(zhe)些(xie)問題的(de)機(ji)器,特別是用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)排(pai)煙(yan)脫(tuo)硫(liu)設(she)備(bei)(bei)和(he)(he)汽(qi)車(che)排(pai)氣系統(tong)的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)展開了研(yan)究(jiu)(jiu),并(bing)投入使(shi)用(yong)(yong)(yong)。對排(pai)脫(tuo)硫(liu)設(she)備(bei)(bei)的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)設(she)計制(zhi)(zhi)造始于(yu)(yu)1968年(nian)左(zuo)右,并(bing)迅速(su)擴展到各工(gong)業領域(yu)。到1976年(nian)為(wei)止(zhi),日(ri)本國(guo)內次類設(she)備(bei)(bei)的(de)數達到大約(yue)1100套。此后雖然(ran)數量緩(huan)慢下降(jiang),可是處(chu)理能力卻獲得了實在的(de)提高。排(pai)煙(yan)脫(tuo)硫(liu)方式有濕(shi)式和(he)(he)干式兩種,濕(shi)式法(fa)為(wei)主流,但是優(you)雅暴露在包含氯離(li)子(zi)的(de)嚴酷(ku)環境(jing)中(zhong),而這(zhe)種氯離(li)子(zi)又是從硫(liu)酸(suan)、亞硫(liu)酸(suan)以(yi)及(ji)煤氣中(zhong)散發出的(de),所(suo)(suo)有不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)被大量采用(yong)(yong)(yong)。在腐(fu)(fu)蝕形態方面(mian),有全面(mian)腐(fu)(fu)蝕、點腐(fu)(fu)蝕、間(jian)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕以(yi)及(ji)應力腐(fu)(fu)蝕,甚至侵蝕與腐(fu)(fu)蝕這(zhe)些(xie)都(dou)成為(wei)很大的(de)問題。被腐(fu)(fu)蝕特別嚴重的(de)設(she)備(bei)(bei)是冷(leng)卻塔、吸收(shou)塔等,在PH為(wei)中(zhong)性以(yi)上的(de)個別地方會(hui)采用(yong)(yong)(yong)304或(huo)304L不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),在更(geng)為(wei)接(jie)近酸(suan)性的(de)環境(jing)中(zhong)采用(yong)(yong)(yong)316L不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),此外(wai)317L和(he)(he)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)多用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)當時利用(yong)(yong)(yong)威耳(er)曼法(fa)建設(she)的(de)排(pai)煙(yan)脫(tuo)硫(liu)設(she)備(bei)(bei),這(zhe)種雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)也(ye)于(yu)(yu)1972年(nian)作為(wei)SUS329J1被規定于(yu)(yu)JIS標準中(zhong)。


  1970年以(yi)后,作為耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)合(he)金元素,氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)效果受到矚目(mu)。作為添(tian)加了氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),20世紀70年代(dai)前半期開發(fa)(fa)了21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(gang)(NAS124L)以(yi)及25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(gang)(YUS170)。為了節約鉬,這些(xie)鋼(gang)(gang)在(zai)增(zeng)加鉻(ge)含(han)量的(de)(de)(de)(de)同時,添(tian)加了奧氏體生產元素氮(dan)(dan),目(mu)的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)替(ti)代(dai)鎳(nie)并提(ti)(ti)高鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)。其(qi)耐(nai)(nai)酸性(xing)也(ye)優(you)于(yu)SUS316不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)管,特別是(shi)(shi)排煙脫(tuo)硫設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)洗滌(di)塔那樣(yang)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)不(bu)(bu)純(chun)物質氯(lv)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)環境中,比SUS329J1更(geng)為優(you)越,所以(yi)也(ye)有(you)一(yi)些(xie)成(cheng)套(tao)設(she)備(bei)使用這些(xie)鋼(gang)(gang)。在(zai)雙(shuang)相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中也(ye)是(shi)(shi)如(ru)此,在(zai)帶材(cai)生產過程中造(zao)成(cheng)一(yi)定問題的(de)(de)(de)(de)熱加工性(xing)已(yi)經改(gai)善(shan),鉬含(han)量多于(yu)SUS329J1,進一(yi)步提(ti)(ti)高耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)2205不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),以(yi)及瑞(rui)典開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)S32205在(zai)日(ri)本均實(shi)現(xian)了國產化(hua)。這些(xie)鋼(gang)(gang)不(bu)(bu)僅耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)強,而且耐(nai)(nai)酸性(xing)也(ye)十(shi)分出眾,所以(yi)被(bei)廣泛(fan)利用,1984年作為SUS329J2L被(bei)規定在(zai)JIS標準中。


 1979年(nian)(nian)鉬(mu)原料價(jia)格的(de)(de)暴漲,以此(ci)為(wei)契機,節(jie)省鉬(mu)的(de)(de)特(te)殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)開(kai)(kai)發十分盛行。作為(wei)耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang),1980年(nian)(nian)開(kai)(kai)發了(le)增加(jia)(jia)了(le)硅(gui)、銅的(de)(de)含量(liang)(liang),對硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)、醋酸(suan)(suan)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性(xing)(xing)優于SUS316不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。另(ling)外,開(kai)(kai)發了(le)增加(jia)(jia)銅、鉬(mu)的(de)(de)含量(liang)(liang),不(bu)(bu)提高(gao)鎳含量(liang)(liang)的(de)(de)經濟性(xing)(xing)耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)YUS260和NAS115N。這(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)(gang)比(bi)Carpenter20等到(dao)現在為(wei)止的(de)(de)高(gao)鎳耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)更為(wei)廉價(jia),特(te)別是在煙(yan)囪中遇到(dao)的(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)露點腐蝕的(de)(de)情況下具有(you)較強耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性(xing)(xing)。最(zui)近,作為(wei)能(neng)夠抵(di)抗(kang)高(gao)溫高(gao)濃度硫(liu)(liu)酸(suan)(suan),制造、焊接加(jia)(jia)工都比(bi)較容易(yi)的(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang),還開(kai)(kai)發了(le)含有(you)高(gao)硅(gui)、添加(jia)(jia)鈀的(de)(de)NAC6SI不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。我們期待能(neng)開(kai)(kai)發出(chu)這(zhe)樣(yang)一種用于硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)成套設備的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang),即(ji)在100℃的(de)(de)98-99%粗(cu)制硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)流(liu)動的(de)(de)管(guan)道以及(ji)即(ji)使在加(jia)(jia)熱到(dao)200℃時也(ye)具有(you)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性(xing)(xing),能(neng)代替(ti)耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)(suan)磚和高(gao)鉻鑄鐵(tie)。


 1976年瑞典開發了高鉬且添加了氮(dan)的(de)(de)(de)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)及254SMO不(bu)(bu)銹鋼(gang)管,這(zhe)種(zhong)(zhong)鋼(gang)在(zai)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)中,屬于耐點蝕性(xing)十分優越的(de)(de)(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong),代替了從前的(de)(de)(de)鎳合(he)金(jin),在(zai)多種(zhong)(zhong)環境(jing)中均(jun)可使用(yong)。所以(yi)日(ri)本各個公司都(dou)在(zai)開發類似的(de)(de)(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong)或(huo)者改(gai)良的(de)(de)(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong),1991年修正JIS標準(zhun)時作(zuo)為SUS317J4L(以(yi)后改(gai)稱(cheng)為SUS836L不(bu)(bu)銹鋼(gang))被標準(zhun)化。由于腐蝕性(xing)過于強烈到現(xian)在(zai)為止一直使用(yong)Hastelloy C等鎳基(ji)耐腐蝕合(he)金(jin)或(huo)鈦的(de)(de)(de)設(she)備,是這(zhe)種(zhong)(zhong)鋼(gang)的(de)(de)(de)使用(yong)對象,作(zuo)為廉價的(de)(de)(de)材料,其適(shi)用(yong)領(ling)域有可能進一步擴(kuo)展,也可用(yong)于漂白工(gong)序或(huo)發生(sheng)鹽酸露點腐蝕的(de)(de)(de)地方。



表3.4 中(zhong)列舉(ju)了(le)如今(jin)日本各公司生產的主(zhu)要耐腐蝕奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼。