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(bu)銹(xiu)鋼等含鉬的奧氏體不銹鋼,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。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(bu)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)(wei)(wei)了(le)節約奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)含(han)量,由(you)奧氏體和鐵素體兩相所組成的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),在(zai)(zai)20世紀(ji)30年(nian)(nian)代,作(zuo)為(wei)(wei)(wei)耐(nai)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)被(bei)(bei)歐洲開發(fa)出(chu)來,美國也(ye)(ye)投入了(le)生(sheng)產,不(bu)過由(you)于在(zai)(zai)制造上存(cun)在(zai)(zai)一定的(de)(de)(de)(de)困(kun)難(nan),所以主(zhu)要作(zuo)為(wei)(wei)(wei)鑄(zhu)件(jian)被(bei)(bei)使(shi)用,在(zai)(zai)各(ge)國也(ye)(ye)被(bei)(bei)標準化(hua)(hua)。日本(ben)也(ye)(ye)于1950年(nian)(nian)左(zuo)右(you)制造出(chu)相當于美國AISI329的(de)(de)(de)(de)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)鑄(zhu)件(jian),雖(sui)然它可(ke)以替(ti)代316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)且可(ke)節鎳(nie)的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)十(shi)分引人(ren)關注(zhu),也(ye)(ye)被(bei)(bei)用于化(hua)(hua)學工(gong)業,但是(shi)由(you)于其焊(han)接(jie)部位存(cun)在(zai)(zai)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)問(wen)題,是(shi)其用途被(bei)(bei)縮小(xiao)。此后(hou)人(ren)們(men)清楚(chu)了(le)鎳(nie)鉻(ge)硅錳鉬等元素影響鑄(zhu)件(jian)對(dui)硫酸的(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing),而(er)鎳(nie)鉬鉻(ge)會影響板材(cai)(cai)耐(nai)硫酸性(xing)(xing)。隨后(hou)開發(fa)通過低碳化(hua)(hua)和添加氮(dan)來改善焊(han)接(jie)部分耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(gang)(NTKR-4)并于1969年(nian)(nian)其板材(cai)(cai)投入工(gong)業性(xing)(xing)生(sheng)產,這種鋼(gang)(gang)被(bei)(bei)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)SUS321J1,在(zai)(zai)1972年(nian)(nian)被(bei)(bei)JIS所采(cai)用。


 伴隨著各個領域的(de)(de)飛速(su)發展(zhan),環境(jing)污染(ran)問(wen)題(ti)(ti)產生了(le),1963年(nian)日(ri)本制定了(le)防(fang)止大(da)氣(qi)污染(ran)法和(he)(he)防(fang)止水質污染(ran)法。針對(dui)環境(jing)負荷的(de)(de)規(gui)定嚴格(ge)起來,所以1965年(nian)以后(hou),對(dui)用(yong)于(yu)(yu)處理這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)(ti)的(de)(de)機器,特別(bie)是(shi)(shi)用(yong)于(yu)(yu)排煙(yan)脫硫(liu)(liu)設(she)備(bei)和(he)(he)汽車排氣(qi)系統的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)展(zhan)開了(le)研究,并投(tou)入使用(yong)。對(dui)排脫硫(liu)(liu)設(she)備(bei)的(de)(de)研究設(she)計制造始于(yu)(yu)1968年(nian)左右(you),并迅速(su)擴展(zhan)到各工業領域。到1976年(nian)為(wei)止,日(ri)本國內次類設(she)備(bei)的(de)(de)數達(da)到大(da)約(yue)1100套(tao)。此后(hou)雖然數量緩慢下(xia)降,可(ke)是(shi)(shi)處理能力卻(que)獲得了(le)實(shi)在(zai)(zai)的(de)(de)提高。排煙(yan)脫硫(liu)(liu)方(fang)(fang)式有(you)(you)濕式和(he)(he)干式兩種,濕式法為(wei)主流,但是(shi)(shi)優雅暴露(lu)在(zai)(zai)包含氯離(li)子的(de)(de)嚴酷環境(jing)中,而這(zhe)(zhe)(zhe)種氯離(li)子又是(shi)(shi)從(cong)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)、亞硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)以及煤氣(qi)中散發出(chu)的(de)(de),所有(you)(you)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)被大(da)量采(cai)用(yong)。在(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)形態(tai)方(fang)(fang)面,有(you)(you)全面腐(fu)蝕(shi)、點腐(fu)蝕(shi)、間隙腐(fu)蝕(shi)以及應(ying)力腐(fu)蝕(shi),甚至侵蝕(shi)與腐(fu)蝕(shi)這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)都(dou)成為(wei)很大(da)的(de)(de)問(wen)題(ti)(ti)。被腐(fu)蝕(shi)特別(bie)嚴重的(de)(de)設(she)備(bei)是(shi)(shi)冷(leng)卻(que)塔、吸(xi)收(shou)塔等(deng),在(zai)(zai)PH為(wei)中性(xing)以上的(de)(de)個別(bie)地(di)方(fang)(fang)會采(cai)用(yong)304或304L不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),在(zai)(zai)更為(wei)接近酸(suan)(suan)性(xing)的(de)(de)環境(jing)中采(cai)用(yong)316L不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),此外317L和(he)(he)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)多用(yong)于(yu)(yu)當(dang)時利用(yong)威(wei)耳曼法建設(she)的(de)(de)排煙(yan)脫硫(liu)(liu)設(she)備(bei),這(zhe)(zhe)(zhe)種雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)也于(yu)(yu)1972年(nian)作(zuo)為(wei)SUS329J1被規(gui)定于(yu)(yu)JIS標準中。


  1970年(nian)以(yi)后,作(zuo)(zuo)為(wei)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)的(de)合金(jin)元(yuan)素,氮的(de)效果受到矚目。作(zuo)(zuo)為(wei)添(tian)加(jia)了(le)氮的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)腐蝕奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),20世紀(ji)70年(nian)代前(qian)半期開(kai)發了(le)21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(gang)(gang)(NAS124L)以(yi)及25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(gang)(gang)(YUS170)。為(wei)了(le)節約鉬,這些(xie)鋼(gang)(gang)(gang)在增加(jia)鉻含量的(de)同時,添(tian)加(jia)了(le)奧(ao)氏(shi)體生產(chan)元(yuan)素氮,目的(de)是(shi)(shi)(shi)替代鎳并提高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)。其耐(nai)(nai)(nai)(nai)酸性(xing)也優(you)于(yu)SUS316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)管,特別(bie)是(shi)(shi)(shi)排煙脫硫設備的(de)洗滌塔那樣(yang)的(de)存在不(bu)純物質氯化物的(de)環(huan)境中,比SUS329J1更為(wei)優(you)越,所以(yi)也有一(yi)些(xie)成套設備使(shi)用這些(xie)鋼(gang)(gang)(gang)。在雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中也是(shi)(shi)(shi)如此,在帶材生產(chan)過程中造成一(yi)定(ding)問(wen)題的(de)熱(re)加(jia)工性(xing)已經改(gai)善,鉬含量多(duo)于(yu)SUS329J1,進(jin)一(yi)步提高耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)的(de)2205不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),以(yi)及瑞典開(kai)發的(de)S32205在日(ri)本(ben)均(jun)實現了(le)國產(chan)化。這些(xie)鋼(gang)(gang)(gang)不(bu)僅耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)強,而且耐(nai)(nai)(nai)(nai)酸性(xing)也十分出眾(zhong),所以(yi)被廣泛利用,1984年(nian)作(zuo)(zuo)為(wei)SUS329J2L被規定(ding)在JIS標準中。


 1979年鉬原(yuan)料價格的(de)(de)暴(bao)漲,以(yi)此為契機,節省鉬的(de)(de)特殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)開發(fa)(fa)(fa)十分盛行(xing)。作(zuo)(zuo)為耐酸(suan)性(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),1980年開發(fa)(fa)(fa)了(le)增加(jia)了(le)硅、銅(tong)的(de)(de)含(han)量,對硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)、磷酸(suan)、醋酸(suan)的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)優于SUS316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。另外,開發(fa)(fa)(fa)了(le)增加(jia)銅(tong)、鉬的(de)(de)含(han)量,不(bu)提高(gao)(gao)(gao)鎳含(han)量的(de)(de)經濟性(xing)耐硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)YUS260和NAS115N。這些(xie)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)比Carpenter20等到現在為止(zhi)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)鎳耐硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)更為廉價,特別是在煙囪中遇(yu)到的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)露點(dian)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)情(qing)況下具(ju)有較強耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)。最(zui)近,作(zuo)(zuo)為能(neng)夠抵抗高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)濃(nong)度硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan),制造(zao)、焊接加(jia)工都比較容(rong)易(yi)的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),還開發(fa)(fa)(fa)了(le)含(han)有高(gao)(gao)(gao)硅、添加(jia)鈀的(de)(de)NAC6SI不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。我們期(qi)待能(neng)開發(fa)(fa)(fa)出這樣一種用于硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)成套(tao)設備(bei)的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),即(ji)在100℃的(de)(de)98-99%粗制硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)流動的(de)(de)管道以(yi)及即(ji)使在加(jia)熱到200℃時也具(ju)有耐腐(fu)蝕(shi)性(xing),能(neng)代替耐酸(suan)磚和高(gao)(gao)(gao)鉻鑄鐵。


 1976年(nian)瑞典開發(fa)了(le)高鉬且添加(jia)了(le)氮的奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)(gang)及(ji)254SMO不銹鋼(gang)(gang)管,這(zhe)種(zhong)鋼(gang)(gang)在奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)中(zhong),屬于(yu)耐(nai)點蝕性十(shi)分(fen)優(you)越(yue)的鋼(gang)(gang)種(zhong),代(dai)替了(le)從前的鎳合金(jin),在多種(zhong)環(huan)境中(zhong)均可使用(yong)。所以(yi)日本(ben)各個公司都在開發(fa)類似的鋼(gang)(gang)種(zhong)或(huo)(huo)者改良的鋼(gang)(gang)種(zhong),1991年(nian)修正JIS標準(zhun)時(shi)作為SUS317J4L(以(yi)后改稱為SUS836L不銹鋼(gang)(gang))被標準(zhun)化。由于(yu)腐(fu)蝕性過于(yu)強烈到現在為止一(yi)直使用(yong)Hastelloy C等鎳基耐(nai)腐(fu)蝕合金(jin)或(huo)(huo)鈦的設(she)備,是這(zhe)種(zhong)鋼(gang)(gang)的使用(yong)對象,作為廉價的材(cai)料,其適用(yong)領域有可能進(jin)一(yi)步擴展,也可用(yong)于(yu)漂(piao)白(bai)工序或(huo)(huo)發(fa)生(sheng)鹽(yan)酸(suan)露點腐(fu)蝕的地方。



表3.4 中列舉了如今(jin)日本各公(gong)司生產的主(zhu)要(yao)耐腐蝕奧氏體不銹鋼(gang)。