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(bu)銹(xiu)鋼等含鉬的奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼,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。
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。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。
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。
另外,為(wei)(wei)了(le)(le)(le)節約奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)鎳含量(liang),由(you)奧(ao)氏體(ti)和鐵素體(ti)兩相(xiang)所組成的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),在20世(shi)紀30年(nian)代,作(zuo)為(wei)(wei)耐晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕被歐洲開發出(chu)來(lai),美(mei)國也(ye)(ye)投入了(le)(le)(le)生(sheng)產,不(bu)過(guo)由(you)于在制(zhi)造上存在一(yi)定(ding)的(de)困難,所以(yi)主要(yao)作(zuo)為(wei)(wei)鑄(zhu)件被使用,在各國也(ye)(ye)被標準化(hua)。日(ri)本(ben)也(ye)(ye)于1950年(nian)左右制(zhi)造出(chu)相(xiang)當(dang)于美(mei)國AISI329的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)鑄(zhu)件,雖然(ran)它可以(yi)替代316不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)且(qie)可節鎳的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)十(shi)分引人關注(zhu),也(ye)(ye)被用于化(hua)學工(gong)業,但是由(you)于其(qi)(qi)焊(han)接部(bu)位(wei)存在耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)和韌性(xing)的(de)問題,是其(qi)(qi)用途被縮(suo)小。此后人們清楚了(le)(le)(le)鎳鉻硅(gui)錳鉬等元(yuan)素影(ying)響鑄(zhu)件對硫(liu)酸(suan)的(de)耐腐(fu)(fu)蝕性(xing),而(er)鎳鉬鉻會影(ying)響板材(cai)耐硫(liu)酸(suan)性(xing)。隨后開發通過(guo)低碳化(hua)和添(tian)加氮來(lai)改(gai)善焊(han)接部(bu)分耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)和韌性(xing)的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(gang)(NTKR-4)并于1969年(nian)其(qi)(qi)板材(cai)投入工(gong)業性(xing)生(sheng)產,這種鋼(gang)(gang)被作(zuo)為(wei)(wei)SUS321J1,在1972年(nian)被JIS所采用。
伴隨著各個領域的(de)(de)飛速發(fa)展(zhan),環境(jing)污染(ran)問題(ti)(ti)產生了(le),1963年(nian)日本制定(ding)了(le)防止大氣污染(ran)法和(he)防止水質(zhi)污染(ran)法。針(zhen)對環境(jing)負荷的(de)(de)規(gui)定(ding)嚴(yan)格(ge)起(qi)來(lai),所(suo)以(yi)(yi)1965年(nian)以(yi)(yi)后,對用(yong)于(yu)(yu)(yu)處(chu)理這些(xie)問題(ti)(ti)的(de)(de)機(ji)器,特別(bie)是用(yong)于(yu)(yu)(yu)排煙(yan)(yan)脫硫(liu)(liu)設備(bei)(bei)和(he)汽車排氣系統(tong)的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼展(zhan)開了(le)研究,并投入使用(yong)。對排脫硫(liu)(liu)設備(bei)(bei)的(de)(de)研究設計制造始于(yu)(yu)(yu)1968年(nian)左右,并迅(xun)速擴展(zhan)到各工業領域。到1976年(nian)為(wei)(wei)止,日本國內次類(lei)設備(bei)(bei)的(de)(de)數達到大約1100套(tao)。此后雖(sui)然數量緩慢下(xia)降,可(ke)是處(chu)理能(neng)力(li)卻獲得了(le)實在(zai)的(de)(de)提高。排煙(yan)(yan)脫硫(liu)(liu)方式有(you)濕式和(he)干式兩種(zhong),濕式法為(wei)(wei)主流,但是優雅(ya)暴露在(zai)包含(han)氯離子(zi)(zi)的(de)(de)嚴(yan)酷(ku)環境(jing)中,而這種(zhong)氯離子(zi)(zi)又是從硫(liu)(liu)酸、亞硫(liu)(liu)酸以(yi)(yi)及(ji)煤氣中散發(fa)出(chu)的(de)(de),所(suo)有(you)不銹(xiu)(xiu)鋼被大量采(cai)(cai)用(yong)。在(zai)腐(fu)(fu)蝕形態(tai)方面(mian),有(you)全面(mian)腐(fu)(fu)蝕、點腐(fu)(fu)蝕、間隙腐(fu)(fu)蝕以(yi)(yi)及(ji)應力(li)腐(fu)(fu)蝕,甚至侵蝕與腐(fu)(fu)蝕這些(xie)都成為(wei)(wei)很大的(de)(de)問題(ti)(ti)。被腐(fu)(fu)蝕特別(bie)嚴(yan)重的(de)(de)設備(bei)(bei)是冷卻塔、吸收塔等,在(zai)PH為(wei)(wei)中性以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)個別(bie)地方會采(cai)(cai)用(yong)304或304L不銹(xiu)(xiu)鋼,在(zai)更為(wei)(wei)接(jie)近(jin)酸性的(de)(de)環境(jing)中采(cai)(cai)用(yong)316L不銹(xiu)(xiu)鋼,此外317L和(he)雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼多用(yong)于(yu)(yu)(yu)當(dang)時利用(yong)威耳曼法建(jian)設的(de)(de)排煙(yan)(yan)脫硫(liu)(liu)設備(bei)(bei),這種(zhong)雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼也于(yu)(yu)(yu)1972年(nian)作(zuo)為(wei)(wei)SUS329J1被規(gui)定(ding)于(yu)(yu)(yu)JIS標準中。
1970年以后,作(zuo)為(wei)(wei)(wei)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)合金元(yuan)素,氮(dan)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果受到(dao)矚(zhu)目。作(zuo)為(wei)(wei)(wei)添加了(le)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang),20世紀70年代前(qian)半期開發了(le)21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(gang)(gang)(NAS124L)以及(ji)25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(gang)(gang)(YUS170)。為(wei)(wei)(wei)了(le)節約鉬,這(zhe)(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)增(zeng)加鉻含量(liang)的(de)(de)(de)(de)同時,添加了(le)奧氏體生產元(yuan)素氮(dan),目的(de)(de)(de)(de)是替代鎳并提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。其耐(nai)酸性(xing)(xing)也(ye)優(you)于SUS316不銹鋼(gang)(gang)(gang)管,特別(bie)是排煙(yan)脫硫(liu)設備(bei)的(de)(de)(de)(de)洗滌(di)塔那樣(yang)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)不純物(wu)質氯化物(wu)的(de)(de)(de)(de)環境中,比SUS329J1更為(wei)(wei)(wei)優(you)越(yue),所(suo)以也(ye)有一些成套設備(bei)使(shi)用(yong)這(zhe)(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)。在(zai)(zai)雙相不銹鋼(gang)(gang)(gang)中也(ye)是如(ru)此,在(zai)(zai)帶材生產過程中造成一定(ding)問題的(de)(de)(de)(de)熱(re)加工性(xing)(xing)已(yi)經改善,鉬含量(liang)多于SUS329J1,進一步提(ti)高耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)2205不銹鋼(gang)(gang)(gang),以及(ji)瑞典開發的(de)(de)(de)(de)S32205在(zai)(zai)日本均(jun)實(shi)現了(le)國產化。這(zhe)(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)不僅(jin)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)強(qiang),而(er)且(qie)耐(nai)酸性(xing)(xing)也(ye)十分出(chu)眾,所(suo)以被廣泛利用(yong),1984年作(zuo)為(wei)(wei)(wei)SUS329J2L被規定(ding)在(zai)(zai)JIS標準中。
1979年鉬原料價格的(de)(de)(de)(de)(de)暴(bao)漲,以此為契機,節省鉬的(de)(de)(de)(de)(de)特殊(shu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)發十(shi)分(fen)盛行。作為耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)酸(suan)(suan)(suan)性不(bu)銹鋼(gang),1980年開(kai)發了(le)增加(jia)了(le)硅、銅的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量,對硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)(suan)、醋酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性優于SUS316不(bu)銹鋼(gang)。另外,開(kai)發了(le)增加(jia)銅、鉬的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量,不(bu)提高(gao)(gao)(gao)鎳含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)經濟性耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)YUS260和(he)NAS115N。這些鋼(gang)比Carpenter20等到現在為止的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)鎳耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)更為廉(lian)價,特別是在煙囪中遇(yu)到的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)露點腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下具有(you)(you)較強(qiang)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性。最近(jin),作為能夠抵抗高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)濃度硫(liu)酸(suan)(suan)(suan),制造、焊接加(jia)工都(dou)比較容(rong)易的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang),還開(kai)發了(le)含(han)有(you)(you)高(gao)(gao)(gao)硅、添加(jia)鈀的(de)(de)(de)(de)(de)NAC6SI不(bu)銹鋼(gang)。我們(men)期待能開(kai)發出這樣一種用于硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)成套(tao)設備的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)不(bu)銹鋼(gang),即(ji)在100℃的(de)(de)(de)(de)(de)98-99%粗(cu)制硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)流(liu)動的(de)(de)(de)(de)(de)管道以及即(ji)使在加(jia)熱到200℃時(shi)也具有(you)(you)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性,能代(dai)替耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)酸(suan)(suan)(suan)磚和(he)高(gao)(gao)(gao)鉻鑄鐵。
1976年(nian)瑞(rui)典開(kai)發了高鉬(mu)且(qie)添加了氮(dan)的(de)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)及254SMO不銹(xiu)鋼(gang)管,這種(zhong)(zhong)鋼(gang)在奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),屬于(yu)(yu)耐點(dian)(dian)蝕性(xing)十分(fen)優越的(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong),代替了從前(qian)的(de)鎳(nie)合(he)(he)金(jin),在多(duo)種(zhong)(zhong)環境中(zhong)均可(ke)使(shi)用(yong)。所(suo)以日本各個公司都在開(kai)發類似的(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong)或(huo)(huo)者改(gai)良的(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong),1991年(nian)修正JIS標(biao)(biao)準時作為(wei)(wei)SUS317J4L(以后改(gai)稱為(wei)(wei)SUS836L不銹(xiu)鋼(gang))被標(biao)(biao)準化。由于(yu)(yu)腐(fu)蝕性(xing)過(guo)于(yu)(yu)強烈到現在為(wei)(wei)止一(yi)直使(shi)用(yong)Hastelloy C等鎳(nie)基耐腐(fu)蝕合(he)(he)金(jin)或(huo)(huo)鈦的(de)設備,是這種(zhong)(zhong)鋼(gang)的(de)使(shi)用(yong)對象,作為(wei)(wei)廉價的(de)材料,其適用(yong)領域有可(ke)能進一(yi)步擴展,也可(ke)用(yong)于(yu)(yu)漂白工序或(huo)(huo)發生鹽(yan)酸露點(dian)(dian)腐(fu)蝕的(de)地方。
表3.4 中列舉了(le)如今(jin)日(ri)本各公(gong)司生(sheng)產的主要耐腐蝕奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。