压力容器用不锈钢使用条件.doc

压力容器用不锈钢选择表1不同钢种的用途型号一般用途304、304L、308、309、309s、310、310s用于一般抗腐蚀的用途。绝大多数用于高温用途，像予热设备，容器内衬，及焊条。316、316L一般抗腐蚀用途，特别是304和304L型易受到点状腐蚀和大幅度腐蚀的地方。317用于需要比316和316L型的抗腐蚀要高的用途。430用来防止硝酸和其它高氧化介质，也用于304和316型易受应力腐蚀裂纹的含氯化物的水中。型号选择用途301用于装树脂的仓储室和容器以避免污染303.303Se用于需要易切削性能的螺母和螺栓硬件。305用于作学工业中的紧固件，波形挡板及顶盖。321、347、348由于304L型可以用，321，347，348型用的很少，304L不仅价格便宜，而且抗腐蚀性和321、347、348相同。405405型的可焊性比410型好，由于405的延性比410型好，容易轧成管材，所以， 一些大型反应管和热交换器是用405型管制造的。410压缩机部件，泵部件，及许多工程方面的用途。热处理的高强度410型管用于高压聚乙烯管。416、416Se用于易切削性能有螺母和螺栓硬件。420阀门管442、446高硫气压使镍的存在不必要的条件下的高温应用。446型也用于略有咸味的水用的管状热交换装置，这是因为446型不易有应力腐蚀裂纹。表2 不同环境下钢的适用性环境钢 种各种酸盐酸除非溶液非常稀并在室温时，一般不提倡使用不锈钢。“混酸”只要有足够的硝酸，对304或316型没有多大的腐蚀。硝酸使用304L和430型磷酸在某些生产工艺中，用304型钢存储浓度为85%的冷磷酸和处理浓度为5%的冷磷酸效果令人满意。316的抗腐蚀性更强，而且、如果氟的含量不太高的话，316型一般用来储存和生产氟。317型的抗腐蚀的性比316型更好。在浓度85%，316型的金属温度不应超过212F（100）。但317型可以高一些。氧化离子抑制腐蚀，也可以添加其它阻缓剂，像砷。硫酸在室温条件下，当浓度在80%以上时，可以使用304型不锈钢。如果溶液可以充气搅拌，那么，在温度高达120F（50）时，可以用316型不锈钢和浓度为10%的硫酸相接触，如果在无空气的溶液中，腐蚀性就更大。在温度150F（65），浓度为5%时，可以使用317型。如溶液中有其它材料，就可能显著改善腐蚀速度。在中等浓度的热溶液中，只要有500-2000PPm的铜离子，就可以使用304型不锈钢。其它添加剂的作用可能相反。亚硫酸304型易产生点状腐蚀，特别是亚硫酸中有硫酸时更是如此。在中等浓度和温度的情况下，可以用316型各种碱氢氧化钠在氢氧化铵中，300系列钢的各种钢在任何浓度和温度下通常都具有较好的抗腐蚀性。 苛性碱溶液在较浓的溶液和较高的温度中，可能会有一些腐蚀、裂纹等。工业上用的各种纯苛性碱溶液可能含氯化物，氯化物会加重腐蚀并使316型和304型产生点状腐蚀。有机物乙酸在化工厂中，乙酸几乎没有纯的， 通常含有许多不同的少量成份。在温度约为120F（50），304型用于处理浓度为99% 的乙酸的各种设备，这些设备包括，蒸馏器，碱加热器，存储容器，热交换设备，管道，阀门和泵。在与100%的乙酸蒸气接触时，在室温条件下储存极冷乙酸时，如果可以容许少量混浊和彩色啄印的话，304型的性能也是令人满意的。316型和317型有着极为广泛的用途，特别是在有甲酸存在或溶液中没有充气时更是如此，316型用于处理浓度为30-99%的分馏设备这种设备不能用304型钢，用于存存贮器、泵、及处理极冷乙酸的工艺设备，如使用304型，这些设备就会变色。316型也用于120F（50）温度以上的部件，稀释汽化液、及高压用途。在强腐蚀条件下317型的抗腐蚀性比316型要高一些。在沸腾温度和过热蒸气温度时，没有一种不锈钢对极冷乙酸有足够的抗腐蚀能力。通常304型的性能令人满意。醋酸纤维素通常316型比304型好。在低温时，304型令人满意，但在高温时，需316型或317型。柠檬酸、甲酸及洒石酸在中温时，通常采用304型，但在温度高达沸腾温度时，316型能抗所有的浓度的这些酸的侵蚀。酯从腐蚀的观点来看，酯可以同各种有机酸类似。脂肪酸在高达300F（150）时，304型抗脂肪和脂肪酸，但是在温度为300-500F（150260）时，就需要316型。在更高的温度时。需用317型。车辆喷漆如果适当的颜色和无污染至关重要的话，就可能使用316型。苯二酸酐通常316型用于反应器、蒸馏柱、汽水阀、挡板，盖，管道。各种肥皂304型用于像喷雾塔用的各种部件，但是用于喷雾嘴和鳞片干燥带以减少变色的产品，则316 型更好一些。合成洗涤剂为了产生硫化的高分子乙醇盐，在脂肪酸的催化加氢作用中，316型用于予热器，管道，泵，和反应器。妥尔油在妥尔油的蒸馏用途中，304型的用途很有限，可用含少量钼（2.75%）的316L型钢来处理高松脂酸流。在温度高达475F（245）时，在腐蚀性较强的高脂肪酸流的条件下，也可以用316型，但在更高的温度下，就可能需要317型钢。焦油由于煤焦油中氯化物含量高，焦油的分馏设备用的几乎都是316型钢；尿素304型对点状腐蚀的抵抗性不够，通常需要316L。药品由于316型固有的抗腐蚀性和对药品的纯洁度有保证，与药品接触的各种部件通常选择316型钢来制造。在一般腐蚀，即产生全面腐蚀的环境中，选用不锈钢主要考虑它们的耐一般腐蚀的性能。但这并不等于说，在这些腐蚀环境中，不锈钢就不产生局部腐蚀。有关耐局部腐蚀用不锈钢的选材问题，将在下一节讨论。 常见的一般腐蚀环境种类繁多，很难一一列举。本书主要涉及大气、水（淡水，工业水，海水等）、酸、碱、盐等环境中不锈钢的选材问题。有关高温下耐化学腐蚀的选材则属于耐热钢考虑的问题。1、大气环境中的选用 根据潮湿程度，大气一般分为干燥大气，潮大气和湿大气。它们对钢的腐蚀性则随大气潮湿程度的增加而提高。为了耐大气腐蚀，不锈钢的选材一般是按Cr13型Cr17型18-8型次序1。最高选用18-8型Cr-Ni奥氏体钢便可满足耐蚀的要求，个别条件下才选18-14-2型不锈钢。 根据所处的环境，大气又可分为农村大气、城市（工业）大气和海洋大气。 由于农村大气除潮湿外，一般很少污染，比较干净，因而对钢的腐蚀性较弱。故常常选用Cr13型和Cr17型钢便可满足耐腐蚀的要求。 由于城市（工业）大气除潮湿外，还常常含有SO2、H2S、NH3、NO2以及CO2、Cl2等气体杂质和悬浮的颗粒、灰尘，而一些气体杂质溶于水中，降落或吸附到钢的表面上，然后再溶于水，均可形成C1-,H2SO4等腐蚀性较强的物质；一些悬浮颗粒和灰尘，有的溶于水后本身就具有腐蚀性，有的落在钢的表面上形成缝隙加速钢的腐蚀。因此，对城市（工业）大气，若在室内，选用不锈钢时，虽仍可考虑选择Cr13型和Cr17型钢；但在室外，Cr17型钢则成为可供选用的最低牌号。长期使用表明，虽然Cr17型钢表面上常常落有一层灰尘，但经清除后就会显露出并未受到腐蚀的原始的光亮表面。当城市（工业）大气中有Cl2以及H2S,CO2等有害气体时，一般应选用18-8型钢，甚至选用含2%3%Mo的18-14-2奥氏体不锈钢，才能取得满意的结果。长期使用表明，如果年年进行清理，这些钢使用2030年后仍会光亮如初。许多用不锈钢制造的火车客车车箱，豪华商场、饭店、大厦的屋顶、外壁、内装饰等便是选用不锈钢的典型实例。 由于海洋大气既潮湿又含有NaCl等海盐粒子，因此Cl腐蚀特别突出。在这种腐蚀环境中，Cr13型和Cr17型不锈钢短期使用可产生一层锈膜，但主要危险是它们极易产生点蚀，特别是在近海和在海上更为明显。而18-8型Cr- Ni不锈钢，如OCr19Ni9,OCr18Ni9,OOCr19Ni10,OCr18Ni11Ti等，在恶劣的海洋大气中也能生锈，但锈层一般很薄，极易清除掉。含2%3%Mo的18-14-2型奥氏体不锈钢是耐海洋大气腐蚀较理想的材料。根据15年的试验，不仅一般腐蚀率很低（2.5410-5mm/a），而且点蚀很浅（0.024mm）。 在大气中还有可能选用其他不锈钢，例如，制表工业用的含S，含Se和S，Ca复合的Cr-Ni奥氏体不锈钢，主要是为了既耐蚀又易切削加工；一些紧固件，螺钉、螺帽、螺栓、螺丝等多选用含Cu2%4%的Cr-Ni不锈钢，除耐蚀外，主要是为了提高紧固件的冷加工成形性能。1 Cr13型： 指OCr13,1Cr13,2Cr13,3Cr13,3Cr13Mo等牌号；Cr17型： 指OCr17Ti,OOCr17Ti,0Cr17,OOCr17等牌号；18-8型：指1Cr17Ni7,1Cr17Ni8,1Cr18Ni9,OCr19Ni9,OOCr19Ni9, 1Cr18Ni9Ti,OCr18Ni11Ti等牌号218-14-2型：指1Cr18Ni12Mo2Ti,OCr18Ni12Mo2Ti,OCr17Ni12Mo2, OOCr17Ni14Mo2等牌号。2、水介质中的选用 按水中含盐量的不同，水可分为高纯水，淡水，半咸水和海水。高纯水中几乎不含盐，Cl-一般0.1ppm；淡水中含盐量低于0.05%；半咸水中含盐量在0.05%以上，但低于海水的含盐量；海水中含盐量达3%3.5%。 不锈钢在水介质中，一般腐蚀并不是引起不锈钢腐蚀破坏的主要形式。而最为常见的腐蚀破坏系来自局部腐蚀，特别是应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀。这些将在下一节中讨论。高纯水大量应用于核工业中，特别是以水作为冷却和工作介质的沸水和压水核反应堆中。由于高纯水中Cl-和氧都很低(Cl-0.10ppm,O0.01ppm),不锈钢在此种条件下的腐蚀率很小，0.01mm/a。因此，水冷核反应堆中除核燃料包壳等少量材料外，大量选用不锈钢，说水冷核反应堆是不锈钢“堆”成的一点也不夸大。所选用的主要牌号为0Cr19Ni9,00Cr19Ni11,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo2,0Cr18Ni11Ti等。近些年来，控氮的Cr-Ni奥氏体不锈钢，例如控氮的0Cr19Ni9,，00Cr19Ni11,00Cr17Ni14Mo2等大量用作堆内结构材料（法兰、堆内各种支撑件等）和主管道材料。压水堆蒸汽发生器管材虽然已选用高镍耐蚀合金，但蒸发器隔板则选用0Cr13Al（AISI 405）铁素体不锈钢。在水冷反应堆乏燃料储存装置中，除耐高纯水腐蚀外还要求具有热中子吸收能力，为此含硼的Cr-Ni不锈钢（OCr18Ni10B ）获得了应用。淡水中即使含有少量CL-和饱和氧，甚至还有其他杂质，但对不锈钢的一般腐蚀也是微不足道的。因此，所有类型的不锈钢均可用于淡水相接触的环境中。淡水在工业中（工业水），既可做介质又可做原料，因此用量极大。在与工业水相接触的设备、部件中，最常选用的不锈钢是Cr13型、Cr17型和18-8型三类。各种换热设备，例如换热器、蒸发器、冷却器、冷凝器、热交换器等的工作环境在工业水条件下是最苛刻的。最常选用的是18- 8型钢，例如OCr18Ni11Ti，OCr19Ni9，OOCr19Ni11，有时也选用OCr17Ni12Mo2和OOCr17Ni14Mo2。 日常用的医疗器械、厨房设备和器具以及家庭用具等，既与大气接触，又常常受到淡水的腐蚀。在这些条件下选用不锈钢，由于既美观、耐用、卫生，且清洗又非常方便，因而非常受欢迎。在医疗器械中，做为外科手术刀、剪等，随要求的不同可选用3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、9Cr18、9Cr18MoV等不锈钢；作为人体植入器官，除人工关节等选用钴基合金等外，骨折治疗用植入器官仍多选用含2%3%Mo的不锈钢，如OCr17Ni12Mo2和OOCr17Ni14Mo2。厨房设备和器具以及家庭用具，包括调理作业设备，调理台、运输车、洗刷台柜、烹调台等普遍选用OCr19Ni9 （或OCr18Ni11Ti）。加热设备、灶具即热水器、开水器、煤气灶等则多选用OCr17（Ti）、低C、N的OCr17MoTi等，厨房机械，即洗碗机等，OCr19Ni9（或OCr18Ni11Ti）则是通用的牌号。厨房器具中，锅、碗、瓢、勺等既要求有不锈性，又要求易冲压成形，一般中、低档可选用0Cr13、OCr17（Ti）等，而高档者则多选用OCr19Ni9（或OCr18Ni11Ti）。目前，社会上流行所谓不锈钢和不锈铁，前者指18-8型的无磁（或弱磁）的Cr-Ni奥氏体不锈钢，而后者则指Cr13和Cr17型具有铁磁性的马氏体和铁素体不锈钢，人们在选用不锈钢制家用器具时，多以有无磁性来鉴别它们不锈性（或耐蚀性）的优劣。实际上这是一种对不锈钢的误解。我们认为，普通家用不锈钢器具只要选择合理并使用正确，即使有磁性的马氏体、铁素体不锈钢同样可满足要求，且价格便宜。反之，即使选用无磁性的18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢也会发生锈蚀。值得提出，对于刀、叉、匙等用具，由于有一定的硬度要求，1Cr13 和2Cr13，3Cr13作为餐具专用不锈钢已得到国内外的大量应用。当然，有些高档的刀、叉、匙等也常常选用18-8型Cr-Ni不锈钢。对于要求锋利度好的不锈钢刀具，4Cr13，3Cr13Mo，6Cr13Mo等受到了用户的欢迎。需要指出，为了使不锈钢制的医疗器械，厨房设备和器具以及家庭用具能长期使用并保持光亮、不锈，在可能条件下尽量使它们处于干燥状态。例如使用、清洗后立即擦干后再放置，并避免与酸、碱性物质长期接触是非常重要的。 在水电站的建设中，含泥砂的河水冲刷是不可避免的，超低碳马氏体不锈钢，例如OOCr13Ni4Mo,OOCr13Ni5Mo等获得了较好的应用。在海水中，就一般腐蚀而言，不锈钢的腐蚀率并不高，但常用不锈钢在海水中的主要破坏形式是点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀，而且常常受到海水中的含氧量、氯离子浓度，海水与材料的相对流速，海水的污染情况，温度以及海生物等因素的直接影响。一般说来，在室温（30）以下，可选用含Mo2%4% 的OCr17Ni12Mo2 和OCr19Ni13Mo3等不锈钢；对4050以下的海水，一般含Mo2%3%的不锈钢已处于临界状态，稍有不慎，便可出现点蚀、缝隙腐蚀等破坏。因此，必须选用高Cr 、Mo的奥氏体不锈钢，如OOCr18Ni16Mo5（N），OOCr20Ni25Mo4.5Cu（N），OOCr25Ni25Mo5N,OOCr20Ni18Mo6CuN,OOCr24Ni22Mo7Mn3CuN;+双相不锈钢OOCr25Ni7Mo3N,OOCr25Ni7Mo3WCuN，铁素体不锈钢，00Cr26Mo1,OOCr25Ni4Mo4Ti，OOCr29Mo4Ni2，OOCr30Mo2等。当选用不锈钢时，海水流速一般要求1.5m/s。3、硝酸介质中的选用 硝酸是重要的化工原料，它广泛应用于国民经济的许多部门。无论是生产硝酸还是使用硝酸，都会遇到硝酸的腐蚀问题。硝酸是强氧化性酸，即使是稀硝酸也具有很强的氧化性。不锈钢由于在稀硝酸中极易钝化，因而具有良好的耐蚀性。可以说几乎所有的不锈钢在稀硝酸中均有相当好的耐蚀能力。由于18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢，例如OCr19Ni9，OOCr19Ni11，OCr18Ni11Ti（或1Cr18Ni9Ti ）等既具有优异的耐稀硝酸性能，又有良好的力学、加工成形、焊接等综合性能，因而在65% 的稀HNO3中，这们是用量最大、应用范围最广的不锈钢。同时，不含Mo的双相不锈钢，如OOCr25Ni6Ti，OOCr25Ni6N等也取得很好的使用的效果。本世纪70年代以来所出现的硝酸级不锈钢，主要指含C0.015%，Si0.10%，B10ppm，P0.02%，Mo0.2% 的OOCr19Ni11和C0.02%，Si0.20%，P0.020%，Mo0.2%的OOCr25Ni20钢。在65%稀HNO3中，它们不仅耐敏化态晶间腐蚀的性能显著提高（见晶间腐蚀），而且耐一般腐蚀的性能也有显著改善。例如，在沸腾的65%HNO3中，硝酸级18-8钢固溶态腐蚀率仅0.06-0.14mm/a，敏化态也仅0.30mm/a。 随硝酸浓度的增加，特别是当浓度在共沸浓度68.4%以上时，一般18-8 型钢已不能满足要求。当浓度85%时，通常可选用Cr25Ni20型不锈钢。但浓度再高，由于硝酸的过氧化作用和仅含Cr的不锈钢本身的过钝化，18-8钢和Cr25Ni20钢均会受到严重腐蚀。因此，高Si的Cr-Ni不锈钢，例如含Si4% 的OCr13SiNbRe,1Cr17Ni11Si4A1Ti，OOCr14Ni14Si4（Ti），OOCr17Ni14Si4（Ti、Nb），OOCr20Ni24Si4Ti等常常用于温度80下的浓硝酸和发烟硝酸中。温度再高，则需要选含Si量达6%的不锈钢，例如OOCr17Ni17Si6。 研究已表明，当HNO3中含有Cr+6时，18-8型不锈钢的腐蚀速度急剧提高（图7-1），此时高Si（4%和6%）不锈钢是最佳的选择。 在不同浓度、温度的硝酸中，各种不锈钢的选用见表7-2。表7-2各种不锈钢选择表区域不锈钢型号OCr13，1Cr13OCr13Si4NbRe1Cr17Ti，OOCr17Ti，1Cr17OCr17Ni7Al1Cr18Ni9Ti，OCr19Ni9，OCr18Ni11Ti，OOCr18Ni101Cr18Mn8Ni5N，OOCr25Ni20Nb，不含Mo的Cr-Ni双相不锈钢OCr13Si4NbRe（80）OCr17Ti，OOCr17Ti，1Cr17OCr17Ni7Al，OCr17Ni4Cu4Nb.1Cr18Ni9Ti，OCr18Ni11Ti，OOCr19Ni10，OCr19Ni91Cr18Mn8Ni5NOOCr25Ni20Nb，不含Mo的Cr-Ni双相不锈钢1Cr18Ni11Si4AlTiOCr13Si4NbRe（80）1Cr18Ni9Ti，OCr18Ni11Ti，OCr19Ni9，OOCr19Ni101Cr25Ti,1Cr18Ni11Si4AlTi，OOCr17Nil4Si4Ti，含Si5%6%的不锈钢OOCr25Ni20Nb，不含Mo的Cr-Ni双相不锈钢OCr13Si4NbRe（50）1Cr18Ni11Si4AlTi（50），OOCr17Ni14Si4Ti（Nb）含Si5%6%的Cr-Ni不锈钢OOCr25Ni20Nb（80%）OCr13Si4NbRe （50）1Cr18Ni11Si4AlTi（50），OOCr17Ni14Si4Ti（Nb）含Si5%6%的Cr-Ni不锈钢含Mo不锈钢一般不用于耐HNO3腐蚀，但是，当硝酸中有Cl-时，为了防止点蚀，则常常选用含Mo的不锈钢。具体牌号，即钢中Cr,Mo含量，则随HNO3 浓度、Cl-含量和介质温度而定。、磙酸介质中的选用 硫酸是产量大，用途广的基本化工原料，广泛应用于国民经济各部门。无论是生产硫酸还是使用硫酸，只要接触它，就会遇到硫酸的腐蚀问题。 硫酸虽然是一种含氧酸，但稀的和中等浓度的硫酸的氧化性较弱，因而属于还元性酸。而浓硫酸，特别是热硫酸则具有很强的氧化性，因此属于氧化性酸。由于硫酸的此种特性，在选用耐硫酸不锈钢时，随硫酸浓度、温度的不同，所选牌号亦异。 一般说来，不含Mo的不锈钢，例如18-8型Cr-Ni不锈钢，不能用于耐硫酸腐蚀；而含Mo2%3%的OCr17Ni12Mo2、OOCr17Ni14Mo2、O-1Cr18Ni12Mo2Ti等，是可供选用的耐硫酸是最低牌号。同样含Mo2% 3%的一些+双相不锈钢，例如OOCr25Ni6Mo2N等的耐硫酸性能相当或优于含Mo2%3%的Cr-Ni奥氏体钢。高Mo（Mo4%）不锈钢的耐硫酸性能又比一般含Mo2%3%的钢有进一步提高。但是，当钢中既含Mo又含Cu时，其耐硫酸性能又优于仅含Mo的不锈钢，因而，它们的使用范围可较仅含Mo的钢更加扩大。而用Mo、Cu、Si（3%-4%）三元素复合金化的Cr-Ni奥氏体钢和+双相不锈钢则是耐硫酸不锈钢中性能更佳，使用范围更宽的一类。截至目前为止，高牌号耐硫酸不锈钢，例如 OCr23Ni28Mo3Cu3Ti，1Cr24Ni20Mo2Cu3（K合金）、OCr20Ni29Mo3-Cu4（Carpenter-20）等主要用于常压下耐80以下的各种浓度硫酸。但是，在90%-98%的高温浓硫酸中，根据使用温度和浓度，只有选用高Si（6% ）不锈钢才能取得满意的结果。例如，国外专利牌号SARAMET（OOCr17Ni17Si6）和SHRAMET SX（OOCr18Ni20Si6MoCu），国内专利牌号SS920（超低碳， 6%Si 并含Mo，Cu ）。SS920在高温（130）、90%浓硫酸中的年腐蚀率在0.10.01以下，但一旦遇到稀硫酸，高硅不锈钢的耐蚀会显著下降。 在不同浓度、温度的硫酸中，各种不锈钢的选择见表7-3。表7-3各种不锈钢牌号区域选用不锈钢型号OCr18Ni12Mo2Ti1Cr18Ni12Mo2Ti（40，无空气）OOCr17Ni14Mo2OOCr17Ni14Mo3OOCr18Ni18Mo5OCr18Ni18Mo2Cu2Ti（ 50）OOCr18Ni14Mo2Cu2OOCr20Ni25Mo4.5CuOCr23Ni28Mo3Cu3Ti（ 80）OCr20Ni24Mo3Si3Cu2（ 80） OCr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb（ 80）OOCr20Ni25Mo4.5CuOCr20Ni29Cu4Mo3（ 65）OCr23Ni28Mo3Cu3Ti（ 80）OCr20Ni24Mo3Si3Cu2（ 80）OCr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb（ 80）OCr18Ni18Mo2Cu2Ti（ 50）OOCr18Ni14Mo2Cu2OOCr20Ni25Mo4.5CuOCr12Ni25Mo3Cu3Si2NbOCr20Ni29Cu4Mo3（ 65）OCr23Ni28Mo3Ti（ 65）OCr20Ni24Mo3Si3Cu2（ 65）1Cr18Ni12Mo2TiOOCr17Ni14Mo2OOCr17Ni14Mo3，OOCr18Ni14Mo2Cu2OCr18Ni18Mo2Cu2OOCr18Ni18Mo5OOCr20Ni25Mo4.5CuOcr20Ni29Cu4Mo3OCr20Ni24Mo3Si3Cu2OCr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb1Cr18Ni11Si4AlTi（65），高Si（6%）不锈钢（130 ）OCr20Ni24Mo3Si3Cu2（2020200Cr20Ni40Mo3Cu25.56.77.30Cr20Ni35Mo2Cu3Nb（Carpenter 20cb）5.16.26.800Cr27Ni31Mo3Cu（Sanicro-28）0.070.120.21*此牌号列入铁镍基耐蚀合金中，它的性能可参阅文献9、醋酸、甲酸及其混酸介质中的选用 醋酸是有机合成的重要原料，在化工、轻工、医药、食品工业中得到广泛的应用。用不锈钢解决醋酸的腐蚀问题，相对而言比较容易。例如，在纯醋酸中，一般的Cr17型铁素体不锈钢可耐80以下的稀醋酸和浓度高于70%的浓醋酸；一般的18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢可耐50以下，浓度 99%的醋酸浓度达100%的醋酸蒸汽。随钢中含Mo量的提高，Cr17型铁素体不锈钢和Cr-Ni 奥氏体不锈钢的耐醋酸腐蚀的性能提高，例如，含Mo2%Cr18Mo2和Cr17Ni12Mo2等不锈钢均可耐常压下沸腾温度以下的任何浓度的醋酸。图7-10和表7-7 系在醋酸中不锈钢的选用情况。 表7-7图7-10各种不锈钢的选择表区域选用的不锈钢牌号I1Cr131Cr17Mo2Ti1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni11Ti，0Cr19Ni9，00Cr19Ni101Cr18Ni12Mo2Ti，0Cr17Ni12Mo2，00Cr17Ni14Mo2II1Cr17Mo2Ti，0Cr18Mo21Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni11Ti，0Cr19Ni9， 00Cr19Ni101Cr18Ni12Mo2Ti，0Cr17Ni12Mo2，00Cr17Ni14Mo2III1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni11Ti，0Cr19Ni9，00Cr19Ni10 1Cr18Ni12Mo2Ti，0Cr17Ni12Mo2，00Cr17Ni14Mo20Cr17Mn14Mo2NIV1Cr18Ni12Mo2Ti，0Cr17Ni12Mo2，00Cr17Ni14Mo20Cr19Ni13Mo3，00Cr17Ni14Mo3，0Cr17Ni12Mo2N0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti，00Cr18Ni16Mo500Cr20Ni25Mo4.5CuV一般不选不锈钢当醋权中有氯离子存在时，会显著加快不锈钢的腐蚀速度。例如，当浓醋酸中有1% NaCl时，一般铬镍奥氏体不锈钢的腐蚀速度将提高50倍；当浓度为99% 的醋酸中Cl-含量从0.0002%提高到0.002%时，腐蚀速度将从0.001mm/a提高到1.8mm/a。因此，为了解决含Cl-的醋酸的腐蚀问题，根据醋酸中Cl-的浓度，可选用含Mo 2%3%的Cr17Ni12Mo2和含Mo 3%4%的Cr19Ni13Mo3以及高Mo不锈钢，如00Cr18Ni16Mo5,00Cr20Ni25Mo4.5Cu和双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N等。 当醋酸中含中有甲酸时，随甲酸浓度的增加，其腐蚀性增强。在50%醋酸中的试验表明，随甲酸量的增加，不锈钢和一些耐蚀合金的腐蚀速度均提高。但是，不锈钢中的双相钢00Cr25Ni7Mo3N 和镍基耐蚀合金00Cr16Ni60Mo16W4则几乎不受腐蚀，因此，它们是较理想的耐蚀材料。甲酸是一种广泛应用的有机酸，耐甲酸不锈钢的选择基本不上同于醋酸。 但由于甲酸的腐蚀性较醋酸强烈， 因此所选不锈钢牌号的合金化程度要比醋酸的高，甚至某些情况下要选用镍基耐蚀合金。但是，当甲酸中有氯离子等存在时，会显著加速不锈钢腐蚀。图7-13是在含有2000ppm Cl-的40%和99%浓度的甲酸中，前述耐甲酸腐蚀性能好的00Cr25Ni7Mo3N 与另一种双相不锈钢00Cr22Ni5Mo2N以及几种镍基耐蚀合金耐蚀性的比较。显然，在99% 的甲酸加2000ppmCl-条件下，两种双相不锈钢仍有良好耐蚀性，且00Cr25Ni7Mo3N优于00Cr22Ni5Mo2N；但是，在40%甲酸并含2000ppmCl-的沸腾条件下，上述两种双相不锈钢耐蚀性已无法满足要求。7、盐酸介质中的选用盐酸的还原性很强，不锈钢在盐酸中很难钝化，因而无法耐盐酸的腐蚀。所以，在盐酸介质中一般不能选用不锈钢。但是，当盐酸浓度很稀且温度较低时，高镍和含钼的高牌号Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢，例如00Cr20Ni25Mo4.5Cu、0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti、00Cr20Ni18Mo6CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN等，则具有相当的耐蚀性。8、氢氟酸介质中的选用氢氟酸是化工和核化工过程中不可缺少的无机酸。氢氟酸既能破坏不锈钢表面的钝化膜又能防止钝化膜的形成，因而，除室温下的无水氢氟酸和浓度很低的氢氟酸外，不锈钢不能耐氢氟酸的腐蚀。图7-15是三种高牌号CrNi奥氏体不锈钢在稀HF酸中的等腐蚀图。显然，既使含Cr，Ni，Mo，Cu的CrNi奥氏体不锈钢在不含杂质的稀HF中其耐蚀性也是有限的。 当氢氟酸中含有氧，特别是氧化剂时，一些高镍的Cr-Ni-Mo-Cu 奥氏体不锈钢的耐蚀性会有明显提高。例如，在HF3%5% 、HNO315% 20% 的混酸中，由0Cr20Ni29Mo3Cu4、0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等制造的喷咀、阀件、酸洗槽等，既耐蚀又经济。 在各种浓度为HF酸中，一些镍基耐蚀合金是非常好的耐蚀材料，它们的性能可参阅参考文献9 9、烧碱介质中的选用烧碱即NaOH。大量实验已证实，无论在水银法还是隔膜法制碱中，钢和合金中的Cr和Ni均对它们的耐蚀性有利。图7-16是常用不锈钢、合金和纯Ni进行实验所取得的结果。可以看出，含Cr 26%30%的铁素体不锈钢和含Ni20%的Cr-Ni奥氏体不锈钢耐蚀性已相当好；当含铬量26%时，钢的耐蚀性甚至可以与纯Ni相当。我国目前主要用隔膜法生产氢氧化钠。氢氧化钠的浓度，杂质含量，物料流速和温度等均对材料的腐蚀有很大影响。特别是高温氢氧化钠和溶融氢氧化钠的腐蚀更加严重。表7-9和图7-17、图7-18给出了常用18-8型和18-14-2型Cr- Ni和Cr- Ni-Mo不锈钢等耐NaOH腐蚀的性能。可以看出，当NaOH温度不高时，常用的Cr- Ni和Cr-Ni-Mo奥氏体钢可以耐浓NaOH的腐蚀。虽然Cr17型铁素体不锈钢不适宜用于耐NaOH的腐蚀，但是，如图7-16所指出的高纯高铬的铁素体不锈钢，例如00Cr26Mol（CN150ppm）、00Cr30Mo2（CN150ppm）则有优异的耐氢氧化钠腐蚀的性能。特别是当NaOH 中含有氧化剂NaClO3时，由于它的氧化作用，高Cr易使钢钝化，而Ni则易溶解。因而，Cr26%的高Cr铁素体不锈钢却有优异的耐蚀性，甚至优于纯镍。一些高Cr，高纯铁素体不锈钢，例如00Cr26Mo1和00Cr30Mo2的耐蚀性及与纯Ni相比较的结果见图7-19、7-20和表7-10。表7-9 不锈钢在高温浓碱液中的耐蚀性，mm/a钢 种 隔膜法烧碱 水银法烧碱 NaOH 50%35886个月 NaOH 73%991356个月 NaOH 50%38826个月 NaOH73%1136个月 304型（Cr18Ni10）不锈钢 0.00508 0.40132 0.01905 0.3810 316型（Cr17Ni12Mo2）不锈钢 0.01651 0.23622 0.00254 0.2540 430型（Cr17）不锈钢 0.01016 0.9632 0.13716 1.5240 表7-10 00Cr26Mol 不锈钢在NaOH中的耐蚀性介 质 温度， 试验时间，d 腐蚀率，mm/a 25%NaOH 20 7 0.00254 66 7 0.00254 100 28 0.00254 106 7 0.00254 45 NaOH 66 7 0.00254 50% NaOH 82 - 无 70% NaOH 100 7 0.00254 75% NaOH 207 7 7.048 25%NaOH+0.1% NaCl 沸 7 0.00254 45%NaOH+2.5% NaCl 66 7 0.00254 50%NaOH+3% NaCl 66 28 0.00254 I效蒸发器碱液 142 72 0.10* I效蒸发器碱液 185 72 0.38* *流速4.6m/s10、尿素甲铵液介质中的选用尿素是一种高效化肥，其含氮量高达46%，是目前含氮量最高的氮肥品种。尿素由二氧化碳与氨合成，一般是在高压（140250大气压）和高温（180210）下进行。研究表明，尿素生产中的中间反应产物氨基甲酸铵等（尿素甲铵液）在高温高压下对不锈钢有强烈腐蚀性，可以破坏不锈钢的钝化膜并有强烈的去钝化作用，以致含Mo2%3%的Cr-Ni 奥氏体不锈钢也难以耐蚀，例如00Cr17Ni14Mo2（316L）的腐蚀率可高达50mm/a。但在尿素生产过程中加氧时，由于可保证不锈钢的钝化，从而解决了尿素甲铵液的强腐蚀问题，使尿素生产中大量使用不锈钢成为可能。 到目前为止，我国尿素生产中所选用的不锈钢主要是含Mo2%4%的Cr-Ni和Cr-Mn-N奥氏体不锈钢以及+双相不锈钢。例如，0-1Cr18Ni12Mo2Ti，0-1Cr18Ni12Mo3Ti，1Cr18Mn10Ni5Mo3N（204+Mo），0Cr17Mn13Mo2N（A4），尿素级00Cr17Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N等。而在我国二氧化碳汽提法大型尿素生产中的四大高压设备，即尿素合成塔、高压冷凝器、高压洗涤器和二氧化碳汽提塔等，除汽提塔的分布管采用00Cr25Ni22Mo2N不锈钢外，其它仍均采用尿素级00Cr17Ni14Mo2不锈钢。 虽然由于实验条件的不同，镍在不锈钢中对钢耐尿素甲铵液腐蚀的作用还未取得一致的结论，但对铬在不锈钢中的良好作用的看法则比较一致。因此，在冶金厂生产尿素级00Cr17Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N时，钢中Cr 量应控制在中上限，对00Cr17Ni14Mo2而言Cr最好18%。同时，由于C、P的有害作用，钢中C、P 量应尽量低。由于尿素级不锈钢对其中相有0.6%的严格要求，因此，Cr-Ni奥氏体不锈钢中的Ni量应控制在足以保证得到单一奥氏体组织的水平。此外，为使尿素级不锈钢具有满意的耐蚀性，钢材出厂前，一定按技术条件要求进行充分固溶并急冷。 表7-11中列出了国内在二氧化碳汽提法大型尿素生产实际工况条件下的长期（7000h）挂片中所取得的腐蚀试验结果。不仅可以看到Cr，Ni的良好作用，而且可以看出,在所试验的20多种不锈钢中，00Cr25Ni22Mo2N钢的耐尿素甲铵液腐蚀性最好。因此，除二氧化碳汽提塔外，国内已扩大了00Cr25Ni22Mo2N的应用范围，在高压洗涤器、高压冷凝器等设备中也获得了应用。表7-11 在大型尿素生产条件下挂片结果，g/（m2.h）编号 钢 号 栖霞山化肥厂 沧州化肥厂 合成塔液相 汽提塔汽相 合成塔液相 汽提塔汽相 1 00Cr25Ni22Mn7.5N 0.0071 0.0114 0.0118 0.0220 2 00Cr25Ni22Mn5N(2RM69) 0.0085 0.0109 0.0122 0.0127 3 00Cr25Ni22Mo2N(2RE69) 0.0073 0.0096 0.0108 0.0188 4 00Cr18Ni20Mn7Mo2N0.0123 0.0177 0.0177 0.0350 5 00Cr27Ni20Mn7Mo2N 0.0075 0.0093 0.0114 0.0133 6 00Cr18Ni13Mo2N(316LN) 0.0323 0.0666 0.0562 - 7 00Cr25Ni15Mn6Mn6Mo2.5N 0.0095 - - - 90 00Cr25Ni21Mo3N 0.0061 0.0076 0.0092 0.0100 10 00Cr25Ni22Mo4N 0.0062 0.0084 0.0094 0.0120 138 00Cr25Ni5Mo2N(2RE69) 0.0067 0.0083 0.0096 0.0104 85 00Cr18Ni5Mo3Si2 0.0604 - - - 26 高纯00Cr26Mo1 0.0203 - - - 01 00Cr23Ni5Mo2N 0.0185 0.0215 0.0166 - 02 00Cr24Ni4Mn4Mo2N 0.0187 0.0208 0.0162 - 03 00Cr24Ni4Mn8Mo2N 0.0187 0.0223 0.0160 - 04 00Cr24Ni4Mn11Mo2N 0.0201 0.0243 0.0161 - 05 0Cr17Mn14Mo2N(A4) 0.1555 0.330 0.154 - 0