奥氏体不锈钢工业中的应用介绍

1、奥氏体不锈钢工业中的应用介绍September 7, 2010 | tags不锈钢应用 奥氏体不锈钢 | views 67Comments 0摘要：本文通过不同介质对生产装置腐蚀防护的要求进行分析，重点介绍不锈钢中使用量最大的奥氏体不 锈钢在石油、化学、轻工、食品、医药等行业中的应用。奥氏体不锈钢是不锈钢类中钢种最多、使用量最大的一种（约占整个不锈钢产量的 6570% ）。最常用 的奥氏体不锈钢是 Fe-Cr-Ni 系合金（即美国的 AISI300 系，与我国钢号对照见表 1）； Fe-Cr-Ni-Mn 系（即美国 AISI200 系，与我国钢号对照见表 2 ）；特殊奥氏体不锈钢（见表 3）等

2、三种。钢号钢号钢号表 1 美国 AISI300 系与我国钢号对照钢号钢号钢号AISI中国AISI中国AISI中国3011Cr17Ni 7304N0Cr18Ni 9N316N0Cr17Ni 12Mo2N3021Cr18Ni 93051Cr10Ni 123170Cr19Ni 13Mo3302B1Cr18Ni 9Si308H0Cr21Ni 10317L00Cr19Ni 13Mo3303Y1Cr18Ni 9308LH00Cr21Ni 103210Cr18Ni 11 Ti303eY1Cr18Ni 9Se309 S0Cr23Ni 133470Cr18Ni 11Nb3040Cr18Ni 9310 S0Cr2

3、5Ni 20304L00Cr18Ni 113160Cr17Ni 12Mo2304LN00Cr18Ni 10N316L00Cr17Ni 14Mo2表 2 美国 AISI200 系与我国钢号对照AISI中国AISI中国AISI中国2011CrMn6Ni 5N2021Cr18Mn8Ni 5N216L00Cr18Mn8Ni 5Mo3N表 3 特殊不锈钢与我国钢号对照钢号钢号国外中国国外中国AISI31700Cr17Ni 14Mo3CARPENTER20Nb300Cr20Ni35Mo2Cu3NbSANDVIK2R K6500Cr20Ni 25Mo4.5CuINCOLOY 82500Cr20Ni 42Mo

4、3Cu2UDDEHOLM904L00Cr20Ni 25Mo4.5CuHASTELLOY G00Cr22Ni45Mo6Cu2NbJ ESSOP 70000Cr20Ni 25Mo5HASTELLOY C27600Cr16Mo16W4NiSANiCRO 2800Cr26Ni 35Mo3CuINCONEL 6500Cr22Mo9NbNi奥氏体不锈钢从 1913 年在德国问世后，在随后的 80 多年，其成分在 18-8 （Crl8Ni8 ）的基础上有以 下几方面的重要发展：1. 加 Mo 改善了钢的点蚀和耐缝隙腐蚀性；2. 降低碳含量或加 Ti 或 Nb 、 Ta 稳定化元素，减小焊接材料的晶间腐蚀倾向

5、；3. 加 Ni 和 Cr 改善高温抗氧化性和强度；4. 加 Ni 改善了抗应力腐蚀性能；5. 加 S、Se 改善了切削性和构件表面精度。由于奥氏体不锈钢具有全面、良好的综合性能，在工业上获得了广泛的应用1 在化学工业中的应用1.1 硫酸（ H2SO4）硫酸、硫铵及合成纤维等化学工业均以硫酸作为基本原料。因此，其装置广泛地使用不锈钢。低的和中等 浓度的硫酸为还原性酸，热浓硫酸为强氧化性酸。因此，硫酸浓度、温度不同，应用的材料也不同。一般 说，含 Mo 23% 的不锈钢是用在硫酸中的最低牌号，不含 Mo 的 18-8 型钢仅能用于室温下的某些 条件，含 Mo 23% 的不锈钢在 5% 的 H2S

6、O4中可用到 50 ；含Mo 34% 的不锈钢在 5% H 2SO4 中则可用到 60 ；含 Mo 并含 Cu 的不锈钢，较仅含 Mo 的钢使用围要宽得多。当硫酸中含高价金 属离子时，可产生极大的缓蚀作用，扩大一些钢的使用围；当硫酸中含有F-，C1 - 等活化离子时，则显著地加速不锈钢腐蚀，从而使一些不锈钢的使用围变窄。1.2 亚硫酸（ H2SO 3）含 Mo 不锈钢在亚硫酸中是极耐蚀的。 常温的亚硫酸中 18Cr-8Ni 系不锈钢是耐蚀的。 但 160 、 5atm （506.6kPa ）以上，上述不锈钢急剧侵蚀，而316 、316L 在 180 、 10atm （ 1.013MPa ）的亚

7、硫酸中仍有足够的耐蚀性。在 1% 亚硫酸环境中 304 、316 在焊后容易引起晶间腐蚀，此时，应选择超低 碳不锈钢。1.3 硝酸（ HNO 3）不锈钢在此氧化性酸中，由于表面生成氧化膜具有极好的耐蚀性。因此，不锈钢在硝酸的制造装置及以硝 酸为原料的各种合成化学工业（例如硝铵肥料、火药、丙烯睛等）的装置中被广泛采用。硝酸腐蚀主要是 均匀腐蚀或晶间腐蚀，几乎不引起点蚀和应力腐蚀。因此，各种 18-8 型不锈钢均可得到最广泛的应用， 如耐浓度 65% 常压下任何温度的硝酸腐蚀，而当浓度85% 时应选用 00Cr25Ni20Nb 合金，当浓度 85% 和发烟硝酸时，一般只能选用高Si （4% ）不锈

8、钢。1.4 磷酸（ H3PO4）磷酸的生产有湿法和热法二种。 热法生产的磷酸具有较高的纯度， 而湿法生产的磷酸， 根据磷矿石的矿源、 工业水、硫酸等原料，将含有一定数量的F-、Cl-、SO 42- 等。一般来说 ,在纯磷酸中常用的不锈钢基本上可以解决它的腐蚀问题，例如 18-8 型不锈钢可用于贮藏浓度达 85% 的冷磷酸，而含 Mo 23% 不 锈钢的耐蚀性更强 。热法生产磷酸用的装置，采用 18-8 、18-12Mo2 即可 。湿法生产磷酸的装置，应 根据磷酸溶液中 C1 -、F- 等来确定选用材料的 Cr、Mo 含量，一般为高 Cr、高 Mo 材料，常用的材料 为 00Cr25Ni5Mo3

9、Cu 、 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 、 00Cr25Ni25Mo5 、 00Cr26Ni35Mo4Cu 、 00Ni54Cr38Mo5000Cr30Mo2 、 00Ni56Cr30Mo6W2Cu21.5 醋酸（ HAc ）18-8 型不锈钢在纯 HAc 中有着优异的耐蚀性，其中，在 50% HAc 中可用到 80 ，高于此温度时则可改用 00Cr17Ni14Mo2 、00Cr17Ni14Mo3不锈钢。醋酸生产装 置以及以醋酸为原料的各种合成装置，由于存在其他杂质，例如氯离子、H2SO 4、甲酸等，通常的00Crl7Nil4Mo2 、00Crl7Ni14Mo3不锈钢可能遭受腐蚀，这时应

10、选用 00Cr18Nil8Mo5 、00Cr20Ni25Mo4.5Cu 、00Cr26Ni35Mo4Cu或 Ti 。1.6 盐酸（ HCl ）在盐酸水溶液中，由于 C1 - 和 H+ 共同作用破坏了不锈钢的钝化膜，并阻止钝化膜的形成，很容易引起 均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀破裂。像 Carpenter20 、Werthite 等特殊不锈钢也不能用于盐酸，仅仅可用 在很稀的盐酸。1.7 氢氧化钠（ NaOH ）18-8 、18-12-Mo 等 Cr-Ni 奥氏体钢虽然耐碱的性能良好，但是却极易产生苛性应力腐蚀破裂，特别是 在中等浓度（ 4050% ）的 NaOH 中更为突出。因此，在 NaOH 工业

11、中 Ni 、 Monel 、Inconel 合金 成为主要的材料， 而 304 、304L 、316 、316L 只用于低浓度的溶液或低温高浓度溶液中。 不锈钢阀门网2 在其他的无机化学工业中的应用2.1 食盐中性 NaCl 溶液中，不锈钢的表面钝化膜很容易被破坏而产生点蚀、应力腐蚀等局部腐蚀，特别是高温水 溶液中更容易引起局部腐蚀。食盐制造装置的结构材料主要是非金属。但是，近十几年由于要求提高浓缩 结晶过程的效率及食盐制造方法的进步， 预热器、浓缩结晶罐等设备多采用铜合金和高 Mo 奥氏体不锈钢， 而离子分离器、加压鼓风机、泵等部件可使用 00Cr17Ni14Mo2 不锈钢。不锈钢与铜合金一

12、起使用时， 由于铜合金的腐蚀生成 Cu 2+ ，Cu2 + 与 Cl- 一起将促使不锈钢产生点蚀等局部腐蚀，因此这种情况下应 采用高 Mo 的奥氏体不锈钢。2.2 氯近年氯乙烯、整体模制塑料等出现，使氯的需要急剧增长。食盐水电解得到的氯气经浓H2SO 4 干燥冷却后得到液态氯。在低温干燥氯气中，一般奥氏体不锈钢是耐蚀的，例如 18-8 可用于 150 ， 00Cr18Ni18Mo5 、00Cr18Ni18Mo2Cu2可用到 250 ，其腐蚀率 0.05mm/a ，温度更高可选用Ni 基合金。 在干氯中材料之所以耐蚀， 主要是由于金属表面生成一层致密的氯化物， 从而保护金属进一步 被腐蚀。 在湿

13、氯中表现出优异的耐蚀性的金属材料极少， 仅有工业纯 Ti 、Hastelley 合金 B、C 等。因此， 在氯的制造装置中，金属材料的使用围受到限制。食盐电解槽、干燥塔等用橡胶衬里及玻璃钢衬里，而干 燥的液化容器等可用 18-8 系不锈钢。2.3 氨氨的制造方法，根据其使用的原料分为油气化制造氨装置、水电解制造氨装置、焦炉发生煤气、水发生炉 气制造氨装置等。 这些装置的材料， 部分使用碳钢， 部分使用特殊材料， 如 18-8 不锈钢， Al 、In2conel Ni 、Monel 合金等。不锈钢主要用于热交换器以防水的腐蚀， Inconel 、Monel 、Ni 用于耐无水氨和氨溶 液的腐蚀。

14、 304L 、 347 不锈钢用作合成塔部构件。3 在石油精炼工业中的应用石油精炼装置的代表设备为常压蒸馏装置、减压蒸馏装置、接触分离装置、接触改质装置、加氢脱硫装置、 加氢裂化装置。石油精炼中腐蚀性因素多半是与原油一起带入的，其中主要的为有机硫磺化合物（原油中 含 0.015% ）与无机盐类（几个 ppm200ppm ）。加热时它们分解，可能生成 H2S 和氯化氢等活 性物质， 此外原油中还含所谓环烷酸等有机酸， 含量较多时将引起材料激烈腐蚀， 除原油带入腐蚀因素外， 为了提高精炼效果，除了用水、氢外，还使用硫酸、苛性碱、氨等。石油精炼装置中不锈钢使用大致存在 以下问题：1. 应力腐蚀破裂，

15、穿晶破裂（以氯化物为主），晶间应力腐蚀破裂（以硫化物为主）；2. 点蚀；3. 晶间腐蚀；4. 环烷酸腐蚀；5. 渗碳脆化。因此， 根据石油精炼装置不同腐蚀情况选用不同材料。如高温硫化物系统考虑 A1 和 Cr 的抗硫腐蚀及高温强度，使用 Cr5-Mo 以上的材料；高温 H2S-H 2 系统使用 13Cr-A1 、 18-8Ni 钢；高温高压 H2 系 统选用 Cr-Mo 钢或堆焊 18Cr-8Ni-Nb 钢；低温 H2S-H 2O 系统选用 00Crl8Ni10 、00Cr17Ni14Mo2 或蒙乃尔合金衬里， H2S-HCl-H 2O 系统选用 00Cr18Ni5Mo3Si 以上的耐点蚀、耐

16、应力腐蚀不锈钢；环 烷酸系统，低流速情况下选用 00Cr17Ni14Mo2 即可，高流速情况需进一步研究；低温 CO2 腐蚀系统， 一般在 200 左右可使用 00Cr18Ni10 ；制 H2 装置中改质炉反应管、 高温钢管以及各种加热炉管的吊 架、支架可选用 25Cr-20Ni ， Inconel 合金 800 等。4 在石油化学工业中的应用以炼油厂废气或天然气为原料生产乙烯、丙烯、乙炔等中间产品，然后进一步合成制造聚乙烯、聚苯乙烯、 丙酮、丁二烯和各种合成树脂等，因合成以后的工艺与一般化学工业类似，所以此处仅以制造乙烯为例加 以说明：此装置中使用的不锈钢有加热分解炉管，因钢管表面温度高达

17、1000 ，应选用低碳 Cr25Ni20 钢到高 碳 Cr25Ni20 （ HK40 ）及 Incoloy800 。极低温脱甲烷塔可使用 Cr18-Ni8 或 Ni 钢。制造乙炔时要在 1100 以上进行热分解，所以要使用高牌号合金。而对其他过程，除了要求高温强度外，还要求能耐硫 酸、磷酸、氢氟酸、盐酸等的腐蚀， 所以使用 00Cr18Ni12Mo2 、Inconel600 、Incoloy800 、Carpenter20 、 Hastelloy 合金 B、 C、D 等。5 在造纸和纸浆工业中的应用纸浆生产方法有机械研磨纸浆、半化学纸浆、硝酸法纸浆、亚硫酸法纸浆、牛皮纸浆等。其中以机械研磨 纸

18、浆、亚硫酸纸浆、牛皮纸浆为主。近年来，随着树种、蒸煮液组成和温度恶化，逐步采用 0Cr18-Ni10 。 黑液蒸馏的蒸馏管使用 0Cr18Ni10 ，黑液回收系统的泵的腐蚀严重，希望选用 Worthite 或 Carpen2ter20 。亚硫酸纸浆制造装置比其他方法受到的腐蚀严重，因此，使用 00Cr17Ni14Mo2 、 00Cr17Nil14Mo3 。另外纸浆漂白时， 一般不锈钢在湿氯、 次氯酸溶液中容易引起点蚀， 应采用 Hastelloy 合金 C、 Hastelloy 合金 C-22 、Ti 或橡胶、玻璃钢衬里、合成树脂容器。6 在合成树脂工业中的应用合成树脂主要有氯乙烯树脂、酚醛树

19、脂、聚酰胺树脂。氯乙烯树脂有两种生产方法，即乙炔法和乙烯法。 其装置材料，一般使用碳素钢，近来不锈钢获得广泛应用，也有用 Ni 和玻璃钢作容器衬里。酚醛树脂， 由于制造时使用触媒不同，其性能也不同，一般多为酸性触媒和氯基触媒，其大部分设备使用碳钢，部分 设备使用不锈钢、 Monel 合金。聚酰胺树脂， 其种类较多， 目前生产较多的是尼龙 6、66 、610 、11 等。如尼龙 66 ，其原料乙二酸的制造装置，如溶解罐及硝酸系统，主要使用304 、347 及 430 不锈钢，其他泵类用橡胶衬里，贮罐用玻璃钢、铅衬里。7 在肥料工业中的应用7.1 硝铵在硝酸铵制造装置中， 中和槽、蒸发器、结晶槽、

20、母液贮槽等主要部分可选用 430 、304L 、321 、317 不 锈钢及铝。7.2 硫铵硫铵的制造工艺实际是往中和槽及饱和槽中加入稀硫酸和含 NH 3 气体制成硫铵母液，然后再析出硫铵晶 体。中和槽操作条件为 110 。中和槽、离心机、干燥机等采用316 、316L 、304 、304L 不锈钢，而稀硫酸罐为钢衬铅，泵为高硅铸铁，管道为衬铅或玻璃钢。7.3 尿素近年来尿素肥料大量使用已成为肥料发展的一个重要方向。尿素的生产是从合成氨工厂所得到的氨和CO 2，在高温高压下反应生成尿素， 然后除去过剩的氨和未反应的 CO2、水，经结晶 干燥 融解 造粒，生产出 1mm 左右粒状尿素。 其生产设

21、备中腐蚀较严重的是反应器、 分离器。当有空气吹入 （通气） 时可使用 Ti 或 316L 钢。在这种环境中， 316L 合金中的铁素体部分发生选择性腐蚀，在焊接金属中由 于铁素体含量更多，因而腐蚀成更为严重问题。所以，目前已规定了使用铁素体含量 0.51% 以下尿素 级 316L 。尿素厂管道可选用瑞典 2RE69 。冷凝器、分离器可选用尿素级 316 （ 3R60 尿素级）。汽提 塔、分离器可选用 00Cr25Ni22Mo2N （ 2RE69 ）。8 在食品工业中的应用食品工业使用的不锈钢要求容易洗涤、清扫、卫生。例如制糖工业，与砂糖接触部分过去用铜、钢、铸铁。 但是，铜、钢、铸铁长时间使用表面要生成黑的氧化皮，混入糖液无法分离。另外洗涤时还使用苛性钠、 稀硫酸。