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。
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(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。
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),為了節約奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)鎳含(han)量,由(you)(you)奧氏(shi)體(ti)和鐵(tie)素體(ti)兩相所(suo)(suo)組成的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),在20世紀30年(nian)代,作(zuo)為耐晶間腐蝕被(bei)歐(ou)洲(zhou)開發出(chu)來,美(mei)國(guo)(guo)也投入了生(sheng)(sheng)產,不(bu)(bu)過(guo)(guo)由(you)(you)于在制造上存(cun)在一(yi)定的(de)(de)困難,所(suo)(suo)以(yi)主(zhu)要作(zuo)為鑄(zhu)件(jian)被(bei)使用,在各國(guo)(guo)也被(bei)標準(zhun)化(hua)(hua)。日本也于1950年(nian)左右制造出(chu)相當于美(mei)國(guo)(guo)AISI329的(de)(de)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)鑄(zhu)件(jian),雖(sui)然它可以(yi)替代316不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)且可節鎳的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)十分(fen)引人關注(zhu),也被(bei)用于化(hua)(hua)學工(gong)(gong)業(ye),但(dan)是由(you)(you)于其焊接(jie)部位存(cun)在耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)問題,是其用途被(bei)縮小。此后人們清楚了鎳鉻硅(gui)錳鉬(mu)等元素影(ying)(ying)響(xiang)鑄(zhu)件(jian)對硫酸(suan)的(de)(de)耐腐蝕性(xing)(xing)(xing),而鎳鉬(mu)鉻會(hui)影(ying)(ying)響(xiang)板材耐硫酸(suan)性(xing)(xing)(xing)。隨后開發通過(guo)(guo)低碳化(hua)(hua)和添加氮來改(gai)善(shan)焊接(jie)部分(fen)耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(NTKR-4)并于1969年(nian)其板材投入工(gong)(gong)業(ye)性(xing)(xing)(xing)生(sheng)(sheng)產,這種鋼(gang)被(bei)作(zuo)為SUS321J1,在1972年(nian)被(bei)JIS所(suo)(suo)采用。
伴隨著各(ge)(ge)個(ge)領(ling)域的(de)(de)(de)飛速發(fa)展,環(huan)境(jing)污(wu)染(ran)問題(ti)產生了(le),1963年日本制(zhi)定(ding)了(le)防(fang)止大(da)氣污(wu)染(ran)法(fa)(fa)(fa)和(he)防(fang)止水質污(wu)染(ran)法(fa)(fa)(fa)。針對環(huan)境(jing)負荷的(de)(de)(de)規定(ding)嚴格起(qi)來,所(suo)以(yi)1965年以(yi)后(hou),對用(yong)于(yu)(yu)(yu)處(chu)理這(zhe)些(xie)(xie)問題(ti)的(de)(de)(de)機器,特別(bie)是(shi)用(yong)于(yu)(yu)(yu)排煙(yan)脫硫(liu)設(she)(she)備(bei)(bei)和(he)汽車排氣系(xi)統的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)展開了(le)研(yan)究(jiu)(jiu),并(bing)投入使(shi)用(yong)。對排脫硫(liu)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)設(she)(she)計制(zhi)造始于(yu)(yu)(yu)1968年左右,并(bing)迅速擴展到各(ge)(ge)工(gong)業領(ling)域。到1976年為止,日本國(guo)內次類設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)數達到大(da)約1100套(tao)。此(ci)后(hou)雖(sui)然數量緩慢下降,可是(shi)處(chu)理能力(li)(li)卻獲得了(le)實在(zai)的(de)(de)(de)提高。排煙(yan)脫硫(liu)方(fang)式(shi)有(you)濕(shi)式(shi)和(he)干式(shi)兩(liang)種(zhong)(zhong),濕(shi)式(shi)法(fa)(fa)(fa)為主流,但是(shi)優雅暴露在(zai)包含氯離子的(de)(de)(de)嚴酷環(huan)境(jing)中(zhong),而這(zhe)種(zhong)(zhong)氯離子又(you)是(shi)從硫(liu)酸、亞(ya)硫(liu)酸以(yi)及煤氣中(zhong)散(san)發(fa)出的(de)(de)(de),所(suo)有(you)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)被(bei)大(da)量采(cai)用(yong)。在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)形態方(fang)面,有(you)全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、間隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)以(yi)及應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),甚至(zhi)侵蝕(shi)(shi)(shi)(shi)與(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)這(zhe)些(xie)(xie)都成為很大(da)的(de)(de)(de)問題(ti)。被(bei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)特別(bie)嚴重的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)是(shi)冷(leng)卻塔(ta)、吸收塔(ta)等(deng),在(zai)PH為中(zhong)性(xing)以(yi)上的(de)(de)(de)個(ge)別(bie)地方(fang)會采(cai)用(yong)304或304L不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),在(zai)更為接近(jin)酸性(xing)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)中(zhong)采(cai)用(yong)316L不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),此(ci)外(wai)317L和(he)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)多用(yong)于(yu)(yu)(yu)當時利用(yong)威耳曼法(fa)(fa)(fa)建設(she)(she)的(de)(de)(de)排煙(yan)脫硫(liu)設(she)(she)備(bei)(bei),這(zhe)種(zhong)(zhong)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)也于(yu)(yu)(yu)1972年作(zuo)為SUS329J1被(bei)規定(ding)于(yu)(yu)(yu)JIS標(biao)準中(zhong)。
1970年以后,作(zuo)為耐(nai)(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性的(de)(de)合金元(yuan)素,氮的(de)(de)效果受到矚目(mu)。作(zuo)為添加了氮的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang),20世紀70年代前半期(qi)開發了21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(gang)(NAS124L)以及25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(gang)(YUS170)。為了節約(yue)鉬,這(zhe)(zhe)些鋼(gang)(gang)在(zai)增加鉻含量(liang)的(de)(de)同(tong)時,添加了奧(ao)氏(shi)體生產元(yuan)素氮,目(mu)的(de)(de)是(shi)替代鎳(nie)并(bing)提高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性。其(qi)耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)性也(ye)優于SUS316不銹鋼(gang)(gang)管,特別是(shi)排煙脫硫(liu)設備(bei)的(de)(de)洗滌塔那(nei)樣的(de)(de)存在(zai)不純物質氯化物的(de)(de)環境中(zhong),比SUS329J1更為優越,所以也(ye)有一(yi)些成(cheng)套設備(bei)使用這(zhe)(zhe)些鋼(gang)(gang)。在(zai)雙(shuang)相不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)也(ye)是(shi)如(ru)此,在(zai)帶材生產過程中(zhong)造成(cheng)一(yi)定問(wen)題的(de)(de)熱加工(gong)性已(yi)經(jing)改善,鉬含量(liang)多于SUS329J1,進一(yi)步提高(gao)(gao)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性的(de)(de)2205不銹鋼(gang)(gang),以及瑞典開發的(de)(de)S32205在(zai)日本(ben)均實現了國產化。這(zhe)(zhe)些鋼(gang)(gang)不僅耐(nai)(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性強,而且耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)性也(ye)十分出眾,所以被廣泛利用,1984年作(zuo)為SUS329J2L被規定在(zai)JIS標準中(zhong)。
1979年鉬原料價格的(de)(de)(de)暴漲(zhang),以(yi)此為(wei)(wei)契(qi)機,節省鉬的(de)(de)(de)特殊鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)十分盛(sheng)行。作(zuo)為(wei)(wei)耐(nai)酸(suan)(suan)(suan)(suan)性(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),1980年開(kai)發(fa)了(le)增加了(le)硅、銅的(de)(de)(de)含(han)量(liang),對硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)、醋(cu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)優于SUS316不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。另外(wai),開(kai)發(fa)了(le)增加銅、鉬的(de)(de)(de)含(han)量(liang),不(bu)(bu)(bu)(bu)提(ti)高(gao)(gao)鎳(nie)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)經濟性(xing)(xing)耐(nai)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)YUS260和(he)NAS115N。這(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)比(bi)(bi)Carpenter20等到現(xian)在為(wei)(wei)止的(de)(de)(de)高(gao)(gao)鎳(nie)耐(nai)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)更為(wei)(wei)廉(lian)價,特別(bie)是(shi)在煙囪中遇到的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)露點腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)情(qing)況下具(ju)有(you)較強耐(nai)腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)。最近,作(zuo)為(wei)(wei)能(neng)夠抵抗高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)濃度(du)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan),制(zhi)造、焊接(jie)加工(gong)都比(bi)(bi)較容易的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),還開(kai)發(fa)了(le)含(han)有(you)高(gao)(gao)硅、添加鈀的(de)(de)(de)NAC6SI不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。我們(men)期待能(neng)開(kai)發(fa)出這(zhe)樣一種用于硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)成套設備的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),即在100℃的(de)(de)(de)98-99%粗制(zhi)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)流動的(de)(de)(de)管(guan)道(dao)以(yi)及即使在加熱到200℃時也具(ju)有(you)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing),能(neng)代(dai)替耐(nai)酸(suan)(suan)(suan)(suan)磚和(he)高(gao)(gao)鉻鑄鐵。
1976年瑞典開發了(le)高鉬(mu)且添(tian)加了(le)氮的(de)(de)(de)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)(gang)及(ji)254SMO不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan),這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)在奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中,屬于耐點蝕性十分優越的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong),代替了(le)從前的(de)(de)(de)鎳合金,在多種(zhong)(zhong)環境中均可使用(yong)。所以(yi)日本(ben)各個公司都在開發類(lei)似的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)或(huo)者(zhe)改良的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong),1991年修(xiu)正JIS標準時作(zuo)(zuo)為(wei)SUS317J4L(以(yi)后改稱為(wei)SUS836L不銹(xiu)鋼(gang)(gang))被標準化。由于腐蝕性過于強烈到現在為(wei)止(zhi)一直使用(yong)Hastelloy C等鎳基耐腐蝕合金或(huo)鈦的(de)(de)(de)設備,是(shi)這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)使用(yong)對象,作(zuo)(zuo)為(wei)廉(lian)價的(de)(de)(de)材料,其適用(yong)領域(yu)有可能進(jin)一步擴展,也可用(yong)于漂白工序(xu)或(huo)發生(sheng)鹽酸露點腐蝕的(de)(de)(de)地方。
表(biao)3.4 中列舉了如(ru)今日本各公司生產的(de)主要(yao)耐腐蝕(shi)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)。