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(ao)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(gang)。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(ban)。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(ling)外,為(wei)(wei)(wei)(wei)了(le)節約(yue)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中的(de)鎳含量,由(you)奧氏體(ti)和鐵素(su)體(ti)兩(liang)相所(suo)組(zu)成的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),在20世紀30年代(dai),作(zuo)為(wei)(wei)(wei)(wei)耐(nai)(nai)晶(jing)間腐蝕被(bei)(bei)歐洲開發出(chu)(chu)來(lai),美國也投入了(le)生產,不(bu)過(guo)由(you)于(yu)在制造(zao)上存在一定(ding)的(de)困難(nan),所(suo)以(yi)(yi)主(zhu)要作(zuo)為(wei)(wei)(wei)(wei)鑄(zhu)件被(bei)(bei)使用,在各國也被(bei)(bei)標準化(hua)。日(ri)本(ben)也于(yu)1950年左(zuo)右制造(zao)出(chu)(chu)相當于(yu)美國AISI329的(de)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)鑄(zhu)件,雖然它可以(yi)(yi)替代(dai)316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)且可節鎳的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)十分(fen)引人關注,也被(bei)(bei)用于(yu)化(hua)學(xue)工業(ye),但是由(you)于(yu)其焊(han)(han)接部位(wei)存在耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)和韌性(xing)的(de)問題,是其用途被(bei)(bei)縮小。此后人們(men)清(qing)楚了(le)鎳鉻(ge)硅錳(meng)鉬(mu)(mu)等元素(su)影響(xiang)(xiang)鑄(zhu)件對硫(liu)酸的(de)耐(nai)(nai)腐蝕性(xing),而鎳鉬(mu)(mu)鉻(ge)會影響(xiang)(xiang)板材耐(nai)(nai)硫(liu)酸性(xing)。隨(sui)后開發通過(guo)低(di)碳化(hua)和添加氮來(lai)改(gai)善焊(han)(han)接部分(fen)耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)和韌性(xing)的(de)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(NTKR-4)并(bing)于(yu)1969年其板材投入工業(ye)性(xing)生產,這種鋼(gang)被(bei)(bei)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)(wei)SUS321J1,在1972年被(bei)(bei)JIS所(suo)采用。
伴隨著各個領域的(de)(de)飛速發展(zhan),環(huan)(huan)境污染問題產生(sheng)了(le),1963年(nian)日本(ben)制定(ding)了(le)防(fang)止大(da)氣(qi)污染法(fa)(fa)(fa)和(he)防(fang)止水質污染法(fa)(fa)(fa)。針對(dui)環(huan)(huan)境負荷的(de)(de)規定(ding)嚴(yan)格(ge)起來,所以1965年(nian)以后,對(dui)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)處理這(zhe)些(xie)問題的(de)(de)機器,特別(bie)是(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)排煙脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)設(she)備(bei)和(he)汽車排氣(qi)系(xi)統的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)展(zhan)開(kai)了(le)研究,并投入使用(yong)(yong)(yong)。對(dui)排脫(tuo)(tuo)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,并迅速擴展(zhan)到(dao)各工業領域。到(dao)1976年(nian)為(wei)止,日本(ben)國內次類設(she)備(bei)的(de)(de)數達到(dao)大(da)約1100套。此后雖然數量緩慢(man)下(xia)降,可是(shi)(shi)處理能力卻獲得了(le)實(shi)在(zai)的(de)(de)提(ti)高(gao)。排煙脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)方(fang)式有(you)(you)濕式和(he)干式兩種(zhong),濕式法(fa)(fa)(fa)為(wei)主流,但是(shi)(shi)優(you)雅暴露在(zai)包含氯離子(zi)的(de)(de)嚴(yan)酷環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong),而這(zhe)種(zhong)氯離子(zi)又是(shi)(shi)從硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)、亞硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)以及煤(mei)氣(qi)中(zhong)(zhong)散發出(chu)的(de)(de),所有(you)(you)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)被(bei)(bei)大(da)量采(cai)用(yong)(yong)(yong)。在(zai)腐(fu)(fu)蝕形(xing)態方(fang)面,有(you)(you)全面腐(fu)(fu)蝕、點腐(fu)(fu)蝕、間隙腐(fu)(fu)蝕以及應力腐(fu)(fu)蝕,甚至侵(qin)蝕與腐(fu)(fu)蝕這(zhe)些(xie)都(dou)成為(wei)很大(da)的(de)(de)問題。被(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕特別(bie)嚴(yan)重的(de)(de)設(she)備(bei)是(shi)(shi)冷(leng)卻塔、吸收塔等,在(zai)PH為(wei)中(zhong)(zhong)性以上的(de)(de)個別(bie)地方(fang)會(hui)采(cai)用(yong)(yong)(yong)304或304L不(bu)銹(xiu)鋼(gang),在(zai)更為(wei)接近酸(suan)(suan)性的(de)(de)環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong)采(cai)用(yong)(yong)(yong)316L不(bu)銹(xiu)鋼(gang),此外(wai)317L和(he)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)多用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)當(dang)時利用(yong)(yong)(yong)威(wei)耳(er)曼法(fa)(fa)(fa)建(jian)設(she)的(de)(de)排煙脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)設(she)備(bei),這(zhe)種(zhong)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)也于(yu)(yu)1972年(nian)作為(wei)SUS329J1被(bei)(bei)規定(ding)于(yu)(yu)JIS標準中(zhong)(zhong)。
1970年以后(hou),作為耐(nai)點腐(fu)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)合金元素(su),氮的(de)(de)(de)(de)(de)效果(guo)受到矚目(mu)。作為添加了氮的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點腐(fu)蝕奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang),20世(shi)紀(ji)70年代前半(ban)期開發了21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(gang)(NAS124L)以及(ji)25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(gang)(YUS170)。為了節(jie)約鉬,這些鋼(gang)(gang)在(zai)增加鉻含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)同時,添加了奧氏體(ti)(ti)生產(chan)元素(su)氮,目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)是替代鎳(nie)并提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點腐(fu)蝕性(xing)。其(qi)耐(nai)酸性(xing)也優于SUS316不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan),特(te)別是排煙脫硫(liu)設備的(de)(de)(de)(de)(de)洗滌塔那(nei)樣的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)不純物質氯化(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)環境中(zhong),比SUS329J1更(geng)為優越(yue),所以也有一些成(cheng)套設備使用這些鋼(gang)(gang)。在(zai)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)也是如(ru)此,在(zai)帶材(cai)生產(chan)過程(cheng)中(zhong)造成(cheng)一定(ding)問題的(de)(de)(de)(de)(de)熱加工性(xing)已經改善(shan),鉬含量(liang)多(duo)于SUS329J1,進一步提(ti)高(gao)耐(nai)點腐(fu)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)2205不銹(xiu)鋼(gang)(gang),以及(ji)瑞(rui)典開發的(de)(de)(de)(de)(de)S32205在(zai)日本(ben)均實現了國產(chan)化(hua)。這些鋼(gang)(gang)不僅(jin)耐(nai)點腐(fu)蝕性(xing)強(qiang),而且耐(nai)酸性(xing)也十分出眾,所以被(bei)廣(guang)泛(fan)利用,1984年作為SUS329J2L被(bei)規(gui)定(ding)在(zai)JIS標準中(zhong)。
1979年鉬(mu)原料價(jia)格的(de)(de)(de)(de)(de)暴漲,以(yi)此為(wei)(wei)契機,節省鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)特殊鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)發(fa)十分盛行。作(zuo)為(wei)(wei)耐(nai)酸(suan)(suan)(suan)性不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),1980年開(kai)發(fa)了(le)增加了(le)硅(gui)(gui)、銅的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang),對(dui)硫酸(suan)(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)(suan)、醋(cu)酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性優于(yu)SUS316不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。另外(wai),開(kai)發(fa)了(le)增加銅、鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang),不(bu)(bu)(bu)提高(gao)(gao)鎳(nie)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)經濟性耐(nai)硫酸(suan)(suan)(suan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)YUS260和NAS115N。這(zhe)些鋼(gang)比(bi)Carpenter20等到現(xian)在為(wei)(wei)止(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)鎳(nie)耐(nai)硫酸(suan)(suan)(suan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)更(geng)為(wei)(wei)廉價(jia),特別(bie)是在煙(yan)囪中遇到的(de)(de)(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)(suan)露點腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)具有較強耐(nai)腐(fu)蝕性。最近,作(zuo)為(wei)(wei)能(neng)夠抵抗(kang)高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)濃度硫酸(suan)(suan)(suan),制(zhi)造、焊接加工都比(bi)較容易的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),還開(kai)發(fa)了(le)含有高(gao)(gao)硅(gui)(gui)、添加鈀的(de)(de)(de)(de)(de)NAC6SI不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。我們(men)期(qi)待能(neng)開(kai)發(fa)出這(zhe)樣一種用于(yu)硫酸(suan)(suan)(suan)成套設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),即(ji)在100℃的(de)(de)(de)(de)(de)98-99%粗制(zhi)硫酸(suan)(suan)(suan)流動的(de)(de)(de)(de)(de)管道以(yi)及即(ji)使在加熱到200℃時也具有耐(nai)腐(fu)蝕性,能(neng)代替耐(nai)酸(suan)(suan)(suan)磚(zhuan)和高(gao)(gao)鉻鑄鐵(tie)。
1976年瑞典開發(fa)了高(gao)鉬且添加了氮的奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)及(ji)254SMO不(bu)銹鋼(gang)管,這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)鋼(gang)在(zai)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中,屬于耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)性十分優越的鋼(gang)種(zhong)(zhong)(zhong),代替(ti)了從前的鎳合金(jin),在(zai)多種(zhong)(zhong)(zhong)環境中均可使(shi)用(yong)(yong)(yong)。所以日本各個公司(si)都在(zai)開發(fa)類似(si)的鋼(gang)種(zhong)(zhong)(zhong)或(huo)者(zhe)改(gai)良(liang)的鋼(gang)種(zhong)(zhong)(zhong),1991年修正JIS標準時(shi)作為SUS317J4L(以后改(gai)稱為SUS836L不(bu)銹鋼(gang))被標準化。由(you)于腐蝕(shi)性過于強烈到現(xian)在(zai)為止一直使(shi)用(yong)(yong)(yong)Hastelloy C等(deng)鎳基(ji)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)合金(jin)或(huo)鈦的設(she)備,是這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)鋼(gang)的使(shi)用(yong)(yong)(yong)對(dui)象,作為廉價(jia)的材料,其(qi)適用(yong)(yong)(yong)領域有(you)可能進一步擴展(zhan),也(ye)可用(yong)(yong)(yong)于漂(piao)白工(gong)序或(huo)發(fa)生鹽酸露點(dian)腐蝕(shi)的地方。
表3.4 中列(lie)舉了如今日本各公司(si)生產(chan)的(de)主要耐腐(fu)蝕(shi)奧氏體(ti)不銹鋼。