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(gang)等含鉬的奧氏體不銹鋼,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。


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(bu)銹(xiu)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。


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  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(wai),為了(le)節(jie)約奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的鎳(nie)含量,由(you)奧(ao)氏體和(he)鐵(tie)素(su)體兩相(xiang)(xiang)所(suo)組成的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),在(zai)(zai)20世(shi)紀30年(nian)代,作(zuo)為耐(nai)(nai)(nai)晶(jing)間(jian)腐蝕被(bei)歐洲(zhou)開發出來,美國(guo)也(ye)(ye)投(tou)(tou)入了(le)生(sheng)產(chan),不(bu)過(guo)由(you)于在(zai)(zai)制(zhi)造上存在(zai)(zai)一定的困難,所(suo)以主要(yao)作(zuo)為鑄件被(bei)使用,在(zai)(zai)各國(guo)也(ye)(ye)被(bei)標準化。日本(ben)也(ye)(ye)于1950年(nian)左右制(zhi)造出相(xiang)(xiang)當于美國(guo)AISI329的雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)鑄件,雖然(ran)它(ta)可以替(ti)代316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)且可節(jie)鎳(nie)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)十分(fen)引人關注,也(ye)(ye)被(bei)用于化學(xue)工(gong)業,但是由(you)于其焊接部位存在(zai)(zai)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性和(he)韌性的問題,是其用途被(bei)縮小。此后(hou)人們清楚了(le)鎳(nie)鉻硅錳鉬等元素(su)影(ying)響(xiang)鑄件對(dui)硫(liu)酸的耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性,而(er)鎳(nie)鉬鉻會影(ying)響(xiang)板材(cai)耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸性。隨后(hou)開發通過(guo)低碳化和(he)添加氮來改善焊接部分(fen)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性和(he)韌性的雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(gang)(NTKR-4)并于1969年(nian)其板材(cai)投(tou)(tou)入工(gong)業性生(sheng)產(chan),這(zhe)種鋼(gang)(gang)被(bei)作(zuo)為SUS321J1,在(zai)(zai)1972年(nian)被(bei)JIS所(suo)采用。


 伴隨著各個領(ling)域的(de)(de)(de)(de)飛速(su)發展(zhan),環(huan)(huan)境(jing)污(wu)(wu)染問題產生(sheng)了,1963年(nian)(nian)日本制定(ding)(ding)了防止大氣(qi)污(wu)(wu)染法(fa)和(he)防止水質(zhi)污(wu)(wu)染法(fa)。針(zhen)對(dui)環(huan)(huan)境(jing)負荷的(de)(de)(de)(de)規定(ding)(ding)嚴格起來,所以(yi)1965年(nian)(nian)以(yi)后,對(dui)用(yong)(yong)于(yu)(yu)處理(li)(li)這些(xie)問題的(de)(de)(de)(de)機器(qi),特別(bie)是用(yong)(yong)于(yu)(yu)排煙脫(tuo)硫設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(bei)和(he)汽(qi)車排氣(qi)系統的(de)(de)(de)(de)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼展(zhan)開了研究(jiu),并投入使用(yong)(yong)。對(dui)排脫(tuo)硫設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)設(she)(she)(she)計制造始于(yu)(yu)1968年(nian)(nian)左右(you),并迅速(su)擴展(zhan)到(dao)各工業領(ling)域。到(dao)1976年(nian)(nian)為(wei)止,日本國(guo)內次(ci)類設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)數達到(dao)大約1100套。此后雖然數量(liang)(liang)緩慢下(xia)降,可(ke)是處理(li)(li)能力卻獲(huo)得(de)了實在的(de)(de)(de)(de)提高。排煙脫(tuo)硫方式有(you)濕(shi)式和(he)干式兩(liang)種(zhong),濕(shi)式法(fa)為(wei)主(zhu)流(liu),但(dan)是優雅暴(bao)露在包含氯離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)嚴酷(ku)環(huan)(huan)境(jing)中,而這種(zhong)氯離(li)子(zi)又是從硫酸、亞硫酸以(yi)及(ji)煤氣(qi)中散發出(chu)的(de)(de)(de)(de),所有(you)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼被大量(liang)(liang)采用(yong)(yong)。在腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形態方面(mian),有(you)全面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、間隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)以(yi)及(ji)應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),甚(shen)至(zhi)侵蝕(shi)(shi)(shi)與(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)這些(xie)都成(cheng)為(wei)很大的(de)(de)(de)(de)問題。被腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)特別(bie)嚴重的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(bei)是冷卻塔(ta)、吸(xi)收(shou)塔(ta)等,在PH為(wei)中性以(yi)上的(de)(de)(de)(de)個別(bie)地方會(hui)采用(yong)(yong)304或304L不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼,在更為(wei)接近(jin)酸性的(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)中采用(yong)(yong)316L不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼,此外317L和(he)雙(shuang)相不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼多用(yong)(yong)于(yu)(yu)當(dang)時利用(yong)(yong)威耳曼法(fa)建設(she)(she)(she)的(de)(de)(de)(de)排煙脫(tuo)硫設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(bei),這種(zhong)雙(shuang)相不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼也于(yu)(yu)1972年(nian)(nian)作為(wei)SUS329J1被規定(ding)(ding)于(yu)(yu)JIS標準中。


  1970年以(yi)(yi)(yi)后,作為(wei)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)合金元(yuan)素,氮(dan)的(de)(de)效果(guo)受到矚目。作為(wei)添(tian)加(jia)了(le)氮(dan)的(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang),20世紀70年代(dai)前半期開(kai)發了(le)21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(gang)(NAS124L)以(yi)(yi)(yi)及25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(gang)(YUS170)。為(wei)了(le)節約鉬(mu),這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)在(zai)增加(jia)鉻含(han)量(liang)的(de)(de)同時,添(tian)加(jia)了(le)奧(ao)氏(shi)體生產(chan)元(yuan)素氮(dan),目的(de)(de)是(shi)替代(dai)鎳并提(ti)高鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)。其(qi)耐(nai)(nai)酸(suan)性(xing)(xing)也(ye)(ye)優(you)于(yu)SUS316不銹鋼(gang)(gang)管,特別是(shi)排煙(yan)脫硫(liu)設(she)備(bei)的(de)(de)洗滌塔(ta)那(nei)樣的(de)(de)存(cun)在(zai)不純物(wu)質(zhi)氯化物(wu)的(de)(de)環境(jing)中,比SUS329J1更為(wei)優(you)越,所以(yi)(yi)(yi)也(ye)(ye)有一(yi)些(xie)成套設(she)備(bei)使用這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)。在(zai)雙相不銹鋼(gang)(gang)中也(ye)(ye)是(shi)如此,在(zai)帶材生產(chan)過程中造成一(yi)定(ding)問題的(de)(de)熱加(jia)工性(xing)(xing)已經(jing)改善,鉬(mu)含(han)量(liang)多于(yu)SUS329J1,進一(yi)步提(ti)高耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)2205不銹鋼(gang)(gang),以(yi)(yi)(yi)及瑞典開(kai)發的(de)(de)S32205在(zai)日本(ben)均實(shi)現了(le)國(guo)產(chan)化。這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)不僅耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)強,而且耐(nai)(nai)酸(suan)性(xing)(xing)也(ye)(ye)十分(fen)出眾,所以(yi)(yi)(yi)被廣(guang)泛利用,1984年作為(wei)SUS329J2L被規定(ding)在(zai)JIS標準中。


 1979年鉬(mu)原料(liao)價(jia)格的(de)(de)暴漲,以(yi)此為(wei)(wei)契機,節(jie)省鉬(mu)的(de)(de)特殊鋼(gang)(gang)的(de)(de)開(kai)發(fa)十分盛行。作為(wei)(wei)耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)(suan)(suan)性不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),1980年開(kai)發(fa)了(le)增加(jia)了(le)硅(gui)、銅的(de)(de)含(han)(han)量,對硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)(suan)、醋酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)性優于SUS316不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。另外,開(kai)發(fa)了(le)增加(jia)銅、鉬(mu)的(de)(de)含(han)(han)量,不(bu)(bu)提高(gao)鎳含(han)(han)量的(de)(de)經濟性耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)YUS260和NAS115N。這些鋼(gang)(gang)比Carpenter20等(deng)到現在(zai)(zai)為(wei)(wei)止的(de)(de)高(gao)鎳耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)更(geng)為(wei)(wei)廉價(jia),特別是在(zai)(zai)煙囪(cong)中遇到的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)露點腐蝕(shi)的(de)(de)情況下(xia)具有較強耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)性。最近,作為(wei)(wei)能(neng)(neng)夠(gou)抵抗高(gao)溫高(gao)濃度硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan),制造(zao)、焊接加(jia)工(gong)都比較容易的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),還開(kai)發(fa)了(le)含(han)(han)有高(gao)硅(gui)、添加(jia)鈀的(de)(de)NAC6SI不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。我(wo)們期待能(neng)(neng)開(kai)發(fa)出這樣一種用于硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)成(cheng)套(tao)設備的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),即(ji)在(zai)(zai)100℃的(de)(de)98-99%粗制硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)流動的(de)(de)管道以(yi)及即(ji)使(shi)在(zai)(zai)加(jia)熱(re)到200℃時也(ye)具有耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)性,能(neng)(neng)代(dai)替(ti)耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)(suan)(suan)磚(zhuan)和高(gao)鉻鑄鐵(tie)。


 1976年(nian)瑞典開(kai)發(fa)了(le)高鉬且添加了(le)氮的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)及(ji)254SMO不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管,這種(zhong)鋼(gang)在奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中,屬于(yu)耐點蝕性十分優越的(de)(de)鋼(gang)種(zhong),代替了(le)從前的(de)(de)鎳(nie)合(he)金,在多種(zhong)環境中均可(ke)使用。所以日本各個(ge)公司都(dou)在開(kai)發(fa)類(lei)似(si)的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)或(huo)(huo)者改(gai)良(liang)的(de)(de)鋼(gang)種(zhong),1991年(nian)修正JIS標(biao)準(zhun)時作為(wei)SUS317J4L(以后改(gai)稱為(wei)SUS836L不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang))被標(biao)準(zhun)化。由于(yu)腐蝕性過于(yu)強烈到現在為(wei)止一直使用Hastelloy C等鎳(nie)基(ji)耐腐蝕合(he)金或(huo)(huo)鈦的(de)(de)設備,是這種(zhong)鋼(gang)的(de)(de)使用對象(xiang),作為(wei)廉價(jia)的(de)(de)材料,其適用領(ling)域有可(ke)能進一步擴(kuo)展,也可(ke)用于(yu)漂白工序或(huo)(huo)發(fa)生鹽酸露點腐蝕的(de)(de)地(di)方。



表3.4 中列(lie)舉了如(ru)今日本各公(gong)司生產的主(zhu)要耐腐蝕(shi)奧氏體不銹鋼。