奧氏體不銹鋼工業(yè)中的應(yīng)用介紹

1、奧氏體不銹鋼工業(yè)中的應(yīng)用介紹September 7, 2010 | tags 不銹鋼應(yīng)用奧氏體不銹鋼 | views 67 Comments 0 摘要：本文通過不同介質(zhì)對(duì)生產(chǎn)裝置腐蝕防護(hù)的要求進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹不銹鋼中使用量最大的奧氏體不銹鋼在石油、化學(xué)、輕工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中的應(yīng)用。奧氏體不銹鋼是不銹鋼類中鋼種最多、使用量最大的一種（約占整個(gè)不銹鋼產(chǎn)量的 6570%）。最常用的奧氏體不銹鋼是 Fe-Cr-Ni 系合金（即美國(guó)的 AISI300 系，與我國(guó)鋼號(hào)對(duì)照見表1）；Fe-Cr-Ni-Mn 系（即美國(guó) AISI200 系，與我國(guó)鋼號(hào)對(duì)照見表2）；特殊奧氏體不銹鋼（見表3）等三種。表1

2、美國(guó) AISI300 系與我國(guó)鋼號(hào)對(duì)照鋼號(hào)鋼號(hào)鋼號(hào)AISI中國(guó)AISI中國(guó)AISI中國(guó)3011Cr17Ni 7304N0Cr18Ni 9N316N0Cr17Ni 12Mo2N3021Cr18Ni 93051Cr10Ni 123170Cr19Ni 13Mo3302B1Cr18Ni 9Si308H0Cr21Ni 10317L00Cr19Ni 13Mo3303Y1Cr18Ni 9308LH00Cr21Ni 103210Cr18Ni 11 Ti303eY1Cr18Ni 9Se309 S0Cr23Ni 133470Cr18Ni 11Nb3040Cr18Ni 9310 S0Cr25Ni 20304L00C

3、r18Ni 113160Cr17Ni 12Mo2304LN00Cr18Ni 10N316L00Cr17Ni 14Mo2表2 美國(guó) AISI200 系與我國(guó)鋼號(hào)對(duì)照鋼號(hào)鋼號(hào)鋼號(hào)AISI中國(guó)AISI中國(guó)AISI中國(guó)請(qǐng)預(yù)覽后下載！2011CrMn6Ni 5N2021Cr18Mn8Ni 5N216L00Cr18Mn8Ni 5Mo3N表3 特殊不銹鋼與我國(guó)鋼號(hào)對(duì)照鋼號(hào)鋼號(hào)國(guó)外中國(guó)國(guó)外中國(guó)AISI31700Cr17Ni 14Mo3CARPENTER 20Nb300Cr20Ni 35Mo2Cu3NbSANDVIK2R K6500Cr20Ni 25Mo4. 5CuINCOLOY 82500Cr20Ni 42M

4、o3Cu2UDDEHOLM 904L00Cr20Ni 25Mo4. 5CuHASTELLOY G00Cr22Ni 45Mo6Cu2NbJ ESSOP 70000Cr20Ni 25Mo5HASTELLOY C27600Cr16Mo16W4NiSANiCRO 2800Cr26Ni 35Mo3CuINCONEL 6500Cr22Mo9NbNi奧氏體不銹鋼從 1913 年在德國(guó)問世后，在隨后的 80 多年內(nèi)，其成分在 18-8（Crl8Ni8）的基礎(chǔ)上有以下幾方面的重要發(fā)展：1. 加 Mo 改善了鋼的點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕性； 2. 降低碳含量或加 Ti 或 Nb、Ta 穩(wěn)定化元素，減小焊接材料的晶間腐蝕傾

5、向； 3. 加 Ni 和 Cr 改善高溫抗氧化性和強(qiáng)度； 4. 加 Ni 改善了抗應(yīng)力腐蝕性能； 5. 加 S、Se 改善了切削性和構(gòu)件表面精度。由于奧氏體不銹鋼具有全面、良好的綜合性能，在工業(yè)上獲得了廣泛的應(yīng)用。1 在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用1.1 硫酸（H2SO4）硫酸、硫銨及合成纖維等化學(xué)工業(yè)均以硫酸作為基本原料。因此，其裝置廣泛地使用不銹鋼。低的和中等濃度的硫酸為還原性酸，熱濃硫酸為強(qiáng)氧化性酸。因此，硫酸濃度、溫度不同，應(yīng)用的材料也不同。一般說，含 Mo 23% 的不銹鋼是用在硫酸中的最低牌號(hào)，不含 Mo 的 18-8 型鋼僅能用于室溫下的某些條件，含 Mo 23% 的不銹鋼在 5% 的 H2

6、SO4中可用到 50；含Mo 34% 的不銹鋼在 5% H2SO4中則可用到 60；含 Mo 并含 Cu 的不銹鋼，較僅含 Mo 的鋼使用范圍要寬得多。當(dāng)硫酸中含高價(jià)金屬離子時(shí)，可產(chǎn)生極大的緩蝕作用，擴(kuò)大一些鋼的使用范圍；當(dāng)硫酸中含有 F請(qǐng)預(yù)覽后下載！-，C1- 等活化離子時(shí)，則顯著地加速不銹鋼腐蝕，從而使一些不銹鋼的使用范圍變窄。1.2 亞硫酸（H2SO3）含 Mo 不銹鋼在亞硫酸中是極耐蝕的。常溫的亞硫酸中 18Cr-8Ni 系不銹鋼是耐蝕的。但 160、5atm（506.6kPa）以上，上述不銹鋼急劇侵蝕，而 316、316L 在 180、10atm（1.013MPa）的亞硫酸中仍有足夠

7、的耐蝕性。在 1% 亞硫酸環(huán)境中 304、316 在焊后容易引起晶間腐蝕，此時(shí)，應(yīng)選擇超低碳不銹鋼。1.3 硝酸（HNO3）不銹鋼在此氧化性酸中，由于表面生成氧化膜具有極好的耐蝕性。因此，不銹鋼在硝酸的制造裝置及以硝酸為原料的各種合成化學(xué)工業(yè)（例如硝銨肥料、火藥、丙烯睛等）的裝置中被廣泛采用。硝酸腐蝕主要是均勻腐蝕或晶間腐蝕，幾乎不引起點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕。因此，各種 18-8 型不銹鋼均可得到最廣泛的應(yīng)用，如耐濃度 65% 常壓下任何溫度的硝酸腐蝕，而當(dāng)濃度 85% 時(shí)應(yīng)選用 00Cr25Ni20Nb 合金，當(dāng)濃度 85% 和發(fā)煙硝酸時(shí)，一般只能選用高 Si（4%）不銹鋼。1.4 磷酸（H3PO4

8、）磷酸的生產(chǎn)有濕法和熱法二種。熱法生產(chǎn)的磷酸具有較高的純度，而濕法生產(chǎn)的磷酸，根據(jù)磷礦石的礦源、工業(yè)水、硫酸等原料，將含有一定數(shù)量的 F-、Cl-、SO42- 等。一般來說 ,在純磷酸中常用的不銹鋼基本上可以解決它的腐蝕問題，例如 18-8 型不銹鋼可用于貯藏濃度達(dá) 85% 的冷磷酸，而含 Mo 23% 不銹鋼的耐蝕性更強(qiáng) 。熱法生產(chǎn)磷酸用的裝置，采用 18-8、18-12Mo2 即可 。濕法生產(chǎn)磷酸的裝置，應(yīng)根據(jù)磷酸溶液中 C1-、F- 等來確定選用材料的 Cr、Mo 含量，一般為高 Cr、高 Mo 材料，常用的材料為 00Cr25Ni5Mo3Cu、00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00C

9、r25Ni25Mo5、00Cr26Ni35Mo4Cu、000Cr30Mo2、00Ni56Cr30Mo6W2Cu2、00Ni54Cr38Mo5。1.5 醋酸（HAc）18-8 型不銹鋼在純 HAc 中有著優(yōu)異的耐蝕性，其中，在 50% HAc 中可用到 80，高于此溫度時(shí)則可改用 00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni14Mo3 不銹鋼。醋酸生產(chǎn)裝 置以及以醋酸為原料的各種合成裝置，由于存在其他雜質(zhì)，例如氯離子、H2SO4、甲酸等，通常的 00Crl7Nil4Mo2、00Crl7Ni14Mo3 不銹鋼可能遭受腐蝕，這時(shí)應(yīng)選用 00Cr18Nil8Mo5、00Cr20Ni25Mo4.5Cu、

10、00Cr26Ni35Mo4Cu 或 Ti。請(qǐng)預(yù)覽后下載！1.6 鹽酸（HCl）在鹽酸水溶液中，由于 C1- 和 H+ 共同作用破壞了不銹鋼的鈍化膜，并阻止鈍化膜的形成，很容易引起均勻腐蝕、點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕破裂。像 Carpenter20、Werthite 等特殊不銹鋼也不能用于鹽酸，僅僅可用在很稀的鹽酸。1.7 氫氧化鈉（NaOH）18-8、18-12-Mo 等 Cr-Ni 奧氏體鋼雖然耐堿的性能良好，但是卻極易產(chǎn)生苛性應(yīng)力腐蝕破裂，特別是在中等濃度（4050%）的 NaOH 中更為突出。因此，在 NaOH 工業(yè)中 Ni、Monel、Inconel 合金成為主要的材料，而304、304L、316

11、、316L 只用于低濃度的溶液或低溫高濃度溶液中。不銹鋼閥門網(wǎng)。2 在其他的無機(jī)化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用2.1 食鹽中性 NaCl 溶液中，不銹鋼的表面鈍化膜很容易被破壞而產(chǎn)生點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕，特別是高溫水溶液中更容易引起局部腐蝕。食鹽制造裝置的結(jié)構(gòu)材料主要是非金屬。但是，近十幾年由于要求提高濃縮結(jié)晶過程的效率及食鹽制造方法的進(jìn)步，預(yù)熱器、濃縮結(jié)晶罐等設(shè)備多采用銅合金和高 Mo 奧氏體不銹鋼，而離子分離器、加壓鼓風(fēng)機(jī)、泵等部件可使用 00Cr17Ni14Mo2 不銹鋼。不銹鋼與銅合金一起使用時(shí)，由于銅合金的腐蝕生成 Cu2+，Cu2+ 與 Cl- 一起將促使不銹鋼產(chǎn)生點(diǎn)蝕等局部腐蝕，因此這種情

12、況下應(yīng)采用高 Mo 的奧氏體不銹鋼。2.2 氯近年氯乙烯、整體模制塑料等出現(xiàn)，使氯的需要急劇增長(zhǎng)。食鹽水電解得到的氯氣經(jīng)濃 H2SO4 干燥冷卻后得到液態(tài)氯。在低溫干燥氯氣中，一般奧氏體不銹鋼是耐蝕的，例如 18-8 可用于 150，00Cr18Ni18Mo5、00Cr18Ni18Mo2Cu2 可用到 250，其腐蝕率 0.05mm/a，溫度更高可選用 Ni 基合金。在干氯中材料之所以耐蝕，主要是由于金屬表面生成一層致密的氯化物，從而保護(hù)金屬進(jìn)一步被腐蝕。在濕氯中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性的金屬材料極少，僅有工業(yè)純 Ti、Hastelley 合金B(yǎng)、C 等。因此，在氯的制造裝置中，金屬材料的使用范圍受

13、到限制。食鹽電解槽、干燥塔等用橡膠襯里及玻璃鋼襯里，而干燥的液化容器等可用 18-8 系不銹鋼。請(qǐng)預(yù)覽后下載！2.3 氨氨的制造方法，根據(jù)其使用的原料分為油氣化制造氨裝置、水電解制造氨裝置、焦?fàn)t發(fā)生煤氣、水發(fā)生爐氣制造氨裝置等。這些裝置的材料，部分使用碳鋼，部分使用特殊材料，如 18-8 不銹鋼，Al、In2conel、Ni、Monel 合金等。不銹鋼主要用于熱交換器以防水的腐蝕，Inconel、Monel、Ni 用于耐無水氨和氨溶液的腐蝕。304L、347 不銹鋼用作合成塔內(nèi)部構(gòu)件。3 在石油精煉工業(yè)中的應(yīng)用石油精煉裝置的代表設(shè)備為常壓蒸餾裝置、減壓蒸餾裝置、接觸分離裝置、接觸改質(zhì)裝置、加氫

14、脫硫裝置、加氫裂化裝置。石油精煉中腐蝕性因素多半是與原油一起帶入的，其中主要的為有機(jī)硫磺化合物（原油中含 0.015%）與無機(jī)鹽類（幾個(gè) ppm200ppm）。加熱時(shí)它們分解，可能生成 H2S 和氯化氫等活性物質(zhì)，此外原油中還含所謂環(huán)烷酸等有機(jī)酸，含量較多時(shí)將引起材料激烈腐蝕，除原油帶入腐蝕因素外，為了提高精煉效果，除了用水、氫外，還使用硫酸、苛性堿、氨等。石油精煉裝置中不銹鋼使用大致存在以下問題：1. 應(yīng)力腐蝕破裂，穿晶破裂（以氯化物為主），晶間應(yīng)力腐蝕破裂（以硫化物為主）； 2. 點(diǎn)蝕； 3. 晶間腐蝕； 4. 環(huán)烷酸腐蝕； 5. 滲碳脆化。因此，根據(jù)石油精煉裝置不同腐蝕情況選用不同材料。

15、如高溫硫化物系統(tǒng)考慮 A1 和 Cr 的抗硫腐蝕及高溫強(qiáng)度，使用 Cr5-Mo 以上的材料；高溫 H2S-H2 系統(tǒng)使用 13Cr-A1、18-8Ni 鋼；高溫高壓 H2 系統(tǒng)選用 Cr-Mo 鋼或堆焊 18Cr-8Ni-Nb 鋼；低溫 H2S-H2O 系統(tǒng)選用 00Crl8Ni10、00Cr17Ni14Mo2 或蒙乃爾合金襯里，H2S-HCl-H2O 系統(tǒng)選用 00Cr18Ni5Mo3Si 以上的耐點(diǎn)蝕、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼；環(huán)烷酸系統(tǒng)，低流速情況下選用 00Cr17Ni14Mo2 即可，高流速情況需進(jìn)一步研究；低溫 CO2 腐蝕系統(tǒng)，一般在 200 左右可使用 00Cr18Ni10；制 H2

16、裝置中改質(zhì)爐反應(yīng)管、高溫鋼管以及各種加熱爐管的吊架、支架可選用 25Cr-20Ni，Inconel 合金 800 等。請(qǐng)預(yù)覽后下載！4 在石油化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用以煉油廠廢氣或天然氣為原料生產(chǎn)乙烯、丙烯、乙炔等中間產(chǎn)品，然后進(jìn)一步合成制造聚乙烯、聚苯乙烯、丙酮、丁二烯和各種合成樹脂等，因合成以后的工藝與一般化學(xué)工業(yè)類似，所以此處僅以制造乙烯為例加以說明：此裝置中使用的不銹鋼有加熱分解爐管，因鋼管表面溫度高達(dá) 1000，應(yīng)選用低碳 Cr25Ni20 鋼到高碳 Cr25Ni20（HK40）及 Incoloy800。極低溫脫甲烷塔可使用 Cr18-Ni8 或 Ni 鋼。制造乙炔時(shí)要在 1100 以上進(jìn)行

17、熱分解，所以要使用高牌號(hào)合金。而對(duì)其他過程，除了要求高溫強(qiáng)度外，還要求能耐硫酸、磷酸、氫氟酸、鹽酸等的腐蝕，所以使用 00Cr18Ni12Mo2、Inconel600、Incoloy800、Carpenter20、Hastelloy 合金B(yǎng)、C、D 等。5 在造紙和紙漿工業(yè)中的應(yīng)用紙漿生產(chǎn)方法有機(jī)械研磨紙漿、半化學(xué)紙漿、硝酸法紙漿、亞硫酸法紙漿、牛皮紙漿等。其中以機(jī)械研磨紙漿、亞硫酸紙漿、牛皮紙漿為主。近年來，隨著樹種、蒸煮液組成和溫度惡化，逐步采用 0Cr18-Ni10。黑液蒸餾的蒸餾管使用 0Cr18Ni10，黑液回收系統(tǒng)的泵的腐蝕嚴(yán)重，希望選用 Worthite 或 Carpen2ter

18、20。亞硫酸紙漿制造裝置比其他方法受到的腐蝕嚴(yán)重，因此，使用 00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Nil14Mo3。另外紙漿漂白時(shí)，一般不銹鋼在濕氯、次氯酸溶液中容易引起點(diǎn)蝕，應(yīng)采用 Hastelloy 合金C、Hastelloy 合金C-22、Ti 或橡膠、玻璃鋼襯里、合成樹脂容器。6 在合成樹脂工業(yè)中的應(yīng)用合成樹脂主要有氯乙烯樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺樹脂。氯乙烯樹脂有兩種生產(chǎn)方法，即乙炔法和乙烯法。其裝置材料，一般使用碳素鋼，近來不銹鋼獲得廣泛應(yīng)用，也有用 Ni 和玻璃鋼作容器襯里。酚醛樹脂，由于制造時(shí)使用觸媒不同，其性能也不同，一般多為酸性觸媒和氯基觸媒，其大部分設(shè)備使用碳鋼，部分設(shè)備

19、使用不銹鋼、Monel 合金。聚酰胺樹脂，其種類較多，目前生產(chǎn)較多的是尼龍 6、66、610、11 等。如尼龍 66，其原料乙二酸的制造裝置，如溶解罐及硝酸系統(tǒng)，主要使用 304、347 及 430 不銹鋼，其他泵類用橡膠襯里，貯罐用玻璃鋼、鉛襯里。7 在肥料工業(yè)中的應(yīng)用請(qǐng)預(yù)覽后下載！7.1 硝銨在硝酸銨制造裝置中，中和槽、蒸發(fā)器、結(jié)晶槽、母液貯槽等主要部分可選用 430、304L、321、317 不銹鋼及鋁。7.2 硫銨硫銨的制造工藝實(shí)際是往中和槽及飽和槽中加入稀硫酸和含 NH3 氣體制成硫銨母液，然后再析出硫銨晶體。中和槽操作條件為 110。中和槽、離心機(jī)、干燥機(jī)等采用 316、316L、

20、304、304L 不銹鋼，而稀硫酸罐為鋼襯鉛，泵為高硅鑄鐵，管道為襯鉛或玻璃鋼。7.3 尿素近年來尿素肥料大量使用已成為肥料發(fā)展的一個(gè)重要方向。尿素的生產(chǎn)是從合成氨工廠所得到的氨和 CO2，在高溫高壓下反應(yīng)生成尿素，然后除去過剩的氨和未反應(yīng)的 CO2、水，經(jīng)結(jié)晶 干燥 融解 造粒，生產(chǎn)出 1mm 左右粒狀尿素。其生產(chǎn)設(shè)備中腐蝕較嚴(yán)重的是反應(yīng)器、分離器。當(dāng)有空氣吹入（通氣）時(shí)可使用 Ti 或 316L 鋼。在這種環(huán)境中，316L 合金中的鐵素體部分發(fā)生選擇性腐蝕，在焊接金屬中由于鐵素體含量更多，因而腐蝕成更為嚴(yán)重問題。所以，目前已規(guī)定了使用鐵素體含量 0.51% 以下尿素級(jí) 316L。尿素廠管道可選用瑞典 2RE69。冷凝器、分離器可選用尿素級(jí) 316（3R60 尿素級(jí)）。汽提塔、分離器可選用 00Cr25Ni22Mo2N（2RE69）。8 在食品工業(yè)中的應(yīng)用食品工業(yè)使用的不銹鋼要求容易洗滌、清掃、衛(wèi)生。例如制糖工業(yè)，與砂糖接觸部分過去用銅、鋼、鑄鐵。但是，銅、鋼、鑄鐵長(zhǎng)時(shí)間使用表面要生成黑的氧化皮，混入糖液無法分離。另外洗滌時(shí)還使用苛性鈉、稀硫酸。因此，要求設(shè)備具備有良好的耐蝕性。近年來