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,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。


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  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(gang)。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(wei)了(le)(le)節約奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鎳含量,由奧氏體(ti)和(he)鐵(tie)素體(ti)兩相(xiang)(xiang)所組成的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang),在(zai)20世(shi)紀30年代,作為(wei)耐(nai)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)被(bei)歐洲開發(fa)出來,美國(guo)也(ye)投入了(le)(le)生產,不(bu)(bu)(bu)(bu)過由于(yu)(yu)在(zai)制造(zao)上存(cun)在(zai)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)困難,所以(yi)主要作為(wei)鑄件被(bei)使用(yong)(yong),在(zai)各國(guo)也(ye)被(bei)標準化(hua)。日(ri)本也(ye)于(yu)(yu)1950年左右(you)制造(zao)出相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)(yu)美國(guo)AISI329的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)鑄件,雖(sui)然它(ta)可(ke)以(yi)替代316不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)且可(ke)節鎳的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)十分引人關(guan)注,也(ye)被(bei)用(yong)(yong)于(yu)(yu)化(hua)學工業,但是由于(yu)(yu)其焊(han)接部位存(cun)在(zai)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)和(he)韌性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)問題,是其用(yong)(yong)途(tu)被(bei)縮(suo)小。此后人們清楚了(le)(le)鎳鉻硅錳鉬(mu)等元(yuan)素影(ying)響鑄件對硫(liu)酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),而(er)鎳鉬(mu)鉻會(hui)影(ying)響板(ban)(ban)材(cai)耐(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)。隨后開發(fa)通過低碳化(hua)和(he)添加氮(dan)來改善焊(han)接部分耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)和(he)韌性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(NTKR-4)并于(yu)(yu)1969年其板(ban)(ban)材(cai)投入工業性(xing)(xing)生產,這種(zhong)鋼(gang)被(bei)作為(wei)SUS321J1,在(zai)1972年被(bei)JIS所采用(yong)(yong)。


 伴(ban)隨著各個領域(yu)的(de)飛速發展,環(huan)境(jing)污染(ran)問題(ti)(ti)產生(sheng)了(le),1963年日本(ben)制定了(le)防止(zhi)大(da)氣(qi)污染(ran)法(fa)和(he)(he)防止(zhi)水質污染(ran)法(fa)。針對(dui)環(huan)境(jing)負荷的(de)規定嚴格起(qi)來,所以(yi)1965年以(yi)后(hou),對(dui)用(yong)于處(chu)理(li)這(zhe)(zhe)些問題(ti)(ti)的(de)機器,特別是(shi)用(yong)于排煙脫(tuo)硫設(she)備(bei)和(he)(he)汽車(che)排氣(qi)系統的(de)不銹(xiu)鋼(gang)展開了(le)研(yan)究(jiu),并投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)。對(dui)排脫(tuo)硫設(she)備(bei)的(de)研(yan)究(jiu)設(she)計制造始于1968年左右,并迅速擴展到各工業領域(yu)。到1976年為(wei)止(zhi),日本(ben)國內次類(lei)設(she)備(bei)的(de)數達到大(da)約1100套。此(ci)后(hou)雖然數量緩慢下降(jiang),可(ke)是(shi)處(chu)理(li)能力卻獲得(de)了(le)實在(zai)的(de)提高。排煙脫(tuo)硫方(fang)式(shi)有濕(shi)式(shi)和(he)(he)干(gan)式(shi)兩種(zhong),濕(shi)式(shi)法(fa)為(wei)主流,但是(shi)優雅暴(bao)露在(zai)包含(han)氯離子(zi)的(de)嚴酷環(huan)境(jing)中(zhong),而(er)這(zhe)(zhe)種(zhong)氯離子(zi)又是(shi)從硫酸(suan)(suan)、亞硫酸(suan)(suan)以(yi)及煤氣(qi)中(zhong)散發出的(de),所有不銹(xiu)鋼(gang)被大(da)量采(cai)用(yong)。在(zai)腐(fu)蝕(shi)形(xing)態(tai)方(fang)面,有全面腐(fu)蝕(shi)、點腐(fu)蝕(shi)、間(jian)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)以(yi)及應(ying)力腐(fu)蝕(shi),甚至侵蝕(shi)與腐(fu)蝕(shi)這(zhe)(zhe)些都成為(wei)很大(da)的(de)問題(ti)(ti)。被腐(fu)蝕(shi)特別嚴重的(de)設(she)備(bei)是(shi)冷卻塔、吸(xi)收(shou)塔等,在(zai)PH為(wei)中(zhong)性(xing)以(yi)上的(de)個別地方(fang)會采(cai)用(yong)304或304L不銹(xiu)鋼(gang),在(zai)更(geng)為(wei)接近酸(suan)(suan)性(xing)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)采(cai)用(yong)316L不銹(xiu)鋼(gang),此(ci)外317L和(he)(he)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)多用(yong)于當時利用(yong)威(wei)耳(er)曼法(fa)建設(she)的(de)排煙脫(tuo)硫設(she)備(bei),這(zhe)(zhe)種(zhong)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)也(ye)于1972年作為(wei)SUS329J1被規定于JIS標(biao)準中(zhong)。


  1970年以后,作為(wei)耐點(dian)腐蝕性的(de)(de)(de)合金元(yuan)素(su)(su),氮的(de)(de)(de)效果受到矚目。作為(wei)添加(jia)了(le)(le)(le)氮的(de)(de)(de)耐點(dian)腐蝕奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang),20世紀70年代(dai)前(qian)半(ban)期開(kai)發(fa)了(le)(le)(le)21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(NAS124L)以及(ji)25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(YUS170)。為(wei)了(le)(le)(le)節約鉬(mu),這(zhe)些(xie)鋼(gang)在(zai)(zai)增(zeng)加(jia)鉻含量的(de)(de)(de)同時,添加(jia)了(le)(le)(le)奧氏體(ti)(ti)生產元(yuan)素(su)(su)氮,目的(de)(de)(de)是替代(dai)鎳并提高鋼(gang)的(de)(de)(de)耐點(dian)腐蝕性。其(qi)耐酸性也(ye)(ye)優于SUS316不銹(xiu)鋼(gang)管,特別是排煙脫(tuo)硫設備的(de)(de)(de)洗滌塔那樣的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)不純物(wu)質氯化物(wu)的(de)(de)(de)環境中,比SUS329J1更為(wei)優越,所以也(ye)(ye)有一(yi)些(xie)成套設備使用這(zhe)些(xie)鋼(gang)。在(zai)(zai)雙相不銹(xiu)鋼(gang)中也(ye)(ye)是如此,在(zai)(zai)帶(dai)材生產過程中造成一(yi)定(ding)(ding)問題的(de)(de)(de)熱加(jia)工性已經改(gai)善,鉬(mu)含量多于SUS329J1,進(jin)一(yi)步提高耐點(dian)腐蝕性的(de)(de)(de)2205不銹(xiu)鋼(gang),以及(ji)瑞(rui)典開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)S32205在(zai)(zai)日本均(jun)實現了(le)(le)(le)國(guo)產化。這(zhe)些(xie)鋼(gang)不僅耐點(dian)腐蝕性強,而且耐酸性也(ye)(ye)十(shi)分出眾,所以被廣泛利(li)用,1984年作為(wei)SUS329J2L被規定(ding)(ding)在(zai)(zai)JIS標準(zhun)中。


 1979年(nian)(nian)鉬(mu)原料(liao)價格的(de)(de)(de)暴漲(zhang),以此為(wei)契(qi)機,節省鉬(mu)的(de)(de)(de)特殊鋼的(de)(de)(de)開(kai)(kai)發(fa)十(shi)分盛行(xing)。作(zuo)為(wei)耐酸(suan)性(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,1980年(nian)(nian)開(kai)(kai)發(fa)了增加(jia)(jia)了硅、銅的(de)(de)(de)含(han)量(liang),對(dui)硫酸(suan)、磷酸(suan)、醋酸(suan)的(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)優于SUS316不(bu)(bu)銹(xiu)鋼。另外,開(kai)(kai)發(fa)了增加(jia)(jia)銅、鉬(mu)的(de)(de)(de)含(han)量(liang),不(bu)(bu)提高(gao)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)經濟(ji)性(xing)耐硫酸(suan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼YUS260和(he)NAS115N。這些鋼比Carpenter20等到(dao)現在為(wei)止的(de)(de)(de)高(gao)鎳(nie)(nie)耐硫酸(suan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼更為(wei)廉價,特別是在煙囪中遇到(dao)的(de)(de)(de)硫酸(suan)露點腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)情況下具有較強耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)。最近,作(zuo)為(wei)能夠抵抗高(gao)溫高(gao)濃(nong)度硫酸(suan),制(zhi)造、焊(han)接加(jia)(jia)工都(dou)比較容易的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,還開(kai)(kai)發(fa)了含(han)有高(gao)硅、添(tian)加(jia)(jia)鈀的(de)(de)(de)NAC6SI不(bu)(bu)銹(xiu)鋼。我們(men)期(qi)待能開(kai)(kai)發(fa)出這樣一種用于硫酸(suan)成套設(she)備的(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,即(ji)在100℃的(de)(de)(de)98-99%粗制(zhi)硫酸(suan)流動的(de)(de)(de)管道以及即(ji)使在加(jia)(jia)熱到(dao)200℃時也(ye)具有耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),能代替耐酸(suan)磚和(he)高(gao)鉻鑄鐵。


 1976年(nian)瑞(rui)典開(kai)發(fa)了高鉬且添(tian)加了氮的(de)(de)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)(gang)及254SMO不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管,這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)在奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中,屬于(yu)(yu)(yu)耐(nai)點蝕性(xing)(xing)十分優(you)越(yue)的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong),代(dai)替了從前的(de)(de)鎳合(he)金,在多(duo)種(zhong)(zhong)環境中均(jun)可使用(yong)。所以日本各個公司(si)都在開(kai)發(fa)類似(si)的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)或(huo)者改(gai)(gai)良的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong),1991年(nian)修(xiu)正JIS標準(zhun)時(shi)作(zuo)為SUS317J4L(以后改(gai)(gai)稱(cheng)為SUS836L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang))被標準(zhun)化。由于(yu)(yu)(yu)腐蝕性(xing)(xing)過(guo)于(yu)(yu)(yu)強烈到現在為止一直使用(yong)Hastelloy C等鎳基(ji)耐(nai)腐蝕合(he)金或(huo)鈦的(de)(de)設備,是這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)的(de)(de)使用(yong)對象,作(zuo)為廉價的(de)(de)材料,其(qi)適(shi)用(yong)領域有可能進(jin)一步擴展,也可用(yong)于(yu)(yu)(yu)漂白工序或(huo)發(fa)生(sheng)鹽(yan)酸露點腐蝕的(de)(de)地方。



表3.4 中列舉了如今日本各公司生(sheng)產的主要(yao)耐腐蝕(shi)奧(ao)氏體不銹鋼。