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超純高鉻鐵素體不鏽鋼的開發和利用2,超純高鉻鐵素體不鏽鋼的開發和利用2

更新时间:2019-11-18 20:41人气:1274

五)降低高鉻鐵素體不鏽鋼中碳、氮含量的方法不鏽鋼中都希看將碳含量盡可能降低,現廣泛使用的AOD和VOD法,分別能將碳含量降至0. 03%和0.01%,已能滿足奧氏體不鏽鋼的需求。但高鉻鐵素體不鏽鋼要求將碳含量降至0.003%,氮含量降至0.007%以下, 則需尋找新的工藝。 1、 電子束爐冶煉: 電子束爐冶煉,是公認的合金提純的有效方法。國內外對高鉻鐵素體不鏽鋼進行了冶煉,並得到了較好的效果:

Cr26Mo1:
C :0.002%
N2:0.006%
Cr30Mo2 :
C:0.003%
N2:0.007%
但電子束爐工藝複雜、本錢高,且難以大規模生產,因此很難推廣。 2、 超純冶煉技術:我們發明的超純冶煉技術,可使合金的純潔度大大進步。表(5)給出了在Ni—Cr係和Fe—Cr係合金中可達到的純潔度水平。

表(5)純潔度水平(%)

雜質元素
C
O
N
S
P
Ni-Cr
0.002
0.0005
0.0005
0.0005
0.001
Fe-Cr
0.002
0.001
0.001
0.001
0.003
由表(5)知,通過超純冶煉技術生產的高鉻鐵素體不鏽鋼,碳、氮含量可以達到要求。超純冶煉技術對現有設備無需做大的改動,工藝本錢增加未幾,且便於實現產業化的生產 ,一噸爐型,年產過千噸,十噸爐型,年產過萬噸。 (六)高鉻鐵素體不鏽鋼的冶煉實例 1、合金成份的比較:

表(6)兩種工藝的成份比較

工藝
C
N
Cr
Mo
Si
Mn
P
S
電子束*
0.003
0.007
29~31
1.5~2.5
≤0.5
≤0.5
≤0.02
≤0.02
超純△
0.002
0.005
29.27
1.75
≤0.05
≤0.05
≤0.014
0.003
由表(6)知,用超純冶煉技術產生的高鉻鐵素體不鏽鋼的碳、氮含量完全能達到電子束爐的水平,甚至更好。 2、脆性改變溫度的比較:

表(7)兩種工藝的韌脆改變溫度的比較

溫度(℃)
20
0
-20
-25
-30
-40
-45
-50
-70
電子束(J/cm2)
~
330
310
~
320
330
9
8
~
超純 (J/cm2)
346
~
360
360
357
290
356
289
8
由表(8)知,超純法冶煉的比電子束冶煉的高鉻鐵素體有更低的韌脆改變溫度。 3、 室溫拉伸性能的比較:

表(8)兩種工藝的室溫拉伸性能的比較

工藝
σb(MPa)
σ0.2(MPa)
 
δ(%)
Ψ(%)
電子束
451
≥294
≥20
45
超純
544
413
32.8
71.6
由表(8)知,超純法冶煉的合金強度和塑性不比電子束冶煉的差。 (七) 超純高鉻鐵素體不鏽鋼近期可開發和利用的領域 1、 氯堿產業的蒸發器氯堿法製堿分為離子膜法和隔膜法兩種工藝。離子膜法製堿過程中,次氯酸鹽很低,使鎳製蒸發器壽命可達7~8年,較理想。我國約90%的堿是有隔膜法生產的,生產過程中形成較多的次氯酸鹽。 由圖(3)知,含次氯酸鹽的堿溶液中,純鎳的抗蝕性大將,需要高鉻鐵素體 。國內的蒸發器現仍然用鎳製造,壽命短,僅一年有餘。為了延長使用壽命,齊魯石化曾高價進口一台高鉻鐵素體不鏽鋼的蒸發器。由於該設備中使用的高鉻鐵素體的碳含量不夠低,在焊接後易發生晶界腐蝕,隻好將其管板接頭改用脹接,由於脹接處殘餘應力過大 ,使用壽命也僅三年零四個月。我國現有近2000台濃縮堿的蒸發器,其中1/3工作條件惡劣,壽命很短,一台蒸發器造價百萬元,使堿的生產本錢大幅增加。是以,急需碳含量低,焊後不會有晶界腐蝕的高鉻鐵素體不鏽鋼。估計每年要造幾百台蒸發器,需上千噸高鉻鐵素體不鏽鋼。 2、 煙氣脫硫裝配發電廠每年排出大量硫,嚴重汙染大氣。國家規定,新建電廠必須同時配套建燃煤除硫裝配,否則不許可發電運行;老廠也限定時間增加除硫裝配。2003年我國建成了三十四套60萬 kw的發電裝配。估計今後一些年,新電廠的配套和老電廠的改造,每年要建近百套脫硫裝配,約需幾千噸不鏽鋼。在脫硫過程中,介質中的氯化物將濃縮到幾十萬ppm,有嚴重的氯離子應力腐蝕傾向 。是以,該裝配的預洗塔容器、急冷塔容器、出口管道和再熱器都需要用耐應力腐蝕的C—276、C—22等鎳基耐蝕合金。高鉻鐵素體不鏽鋼具有極佳的抗應力腐蝕能力,完全能夠替換鎳基耐蝕合金,利用於煙氣脫硫裝配中 。一套煙氣脫硫裝配約需投資2億元。由於鎳基耐蝕合金特別昂貴,在投資中占很大的份額 。如能用高鉻鐵素體不鏽鋼取代,則可大幅減少投資。 3、 尿素產業初期,多年316(尿素級)不鏽鋼製造尿素裝配,隨著生產工藝的強化,用316L生產的設備壽命太短,慢慢用尿素專用的高鉻鉬的奧氏體不鏽鋼(2RE69)或超級雙相不鏽鋼(DP-12)代替。但從表(9)可知,高鉻鐵素體不鏽鋼具有非常好的抗尿素能了,但實際生產中卻很少選用。啟事何在呢?關鍵是先有的高鉻鐵素體不鏽鋼碳含量不夠低 ,焊後晶界腐蝕嚴重。

表(9)在195℃脫氧尿素溶液中的腐蝕速度的比較

牌號和首要成份
316L(尿素級)17Cr-13Ni-2Mo

2RE69

25Cr-22Ni-2Mo
DP-12雙相鋼
25Cr-7Ni-3Mo
高鉻鐵素體
30Cr-2Mo
腐蝕速度(mm/年)
60.60
0.70
0.34
0.01
尿素裝配首要由合成塔、氣提塔、冷凝塔和高壓分解塔構成,塔內又由大量的氣提管、冷凝管 、分解管等和輸送管道。所有這些大型不件,都在現場由大量的板材和管材焊接而成,所以對焊接性能要求很高。目前生產的高鉻鐵素體不鏽鋼中碳含量不夠低,就是加了一些Ti的Nb也還是不能抑製焊後晶界M23C6的網狀析出,促使晶界腐蝕。用超純技術冶煉的高鉻鐵素體不鏽鋼。碳含量可降到0.002%,完全消除了晶界析出M23C6的可能性,是以是理想的尿素生產用材。肥產業是產業用不鏽鋼的最大用戶,占產業用不鏽鋼總需求量的一半以上。我國近期新建、更新和維修48~52萬噸級大型化肥廠,將需6萬噸不鏽鋼,再加上新建中的中、小型化肥廠和現有50多家中型和1100多家小型化肥廠 ,需要大量的不鏽鋼,市場需求十分可觀。 4、 其他一些領域海水淡化:海水淡化需加熱到120℃,快速蒸發,在導熱管外冷凝成水。該裝配中的很多部件有應力腐蝕傾向,需要選用耐應力腐蝕的材料。如泵、殼、軸 、葉輪及蒸發罐、分離器、脫氣裝配等 ,但首要的是各種傳熱管 。以100000m3/天的淡化裝配計,約需2200噸的傳熱管。現首要用OOCr22Ni17Mo3NNb和OOCr22Ni13Mo5NNbV製造,其完全可以用高鉻鐵素體的Cr26Mo1代替。紙張漂白:紙張漂白多用氯氣、堿、次氯酸鹽等 ,應力腐蝕嚴重。必須用OOCr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr20Ni18Mo6CuN或C-276鎳基合金等材料作管道泵、混合器、漂白塔、箱體、過濾圓桶、漂白液槽,漂白液輸送管道等,其也可以用超純高鉻鐵素體不鏽鋼替換。火力和核電廠冷凝器:發電廠的冷凝器的管道,如用奧氏體不鏽鋼製造 ,很輕易發生應力腐蝕,特別當用海水冷卻時,國內曾發生過該類事故。而高鉻鐵素體不鏽鋼有很強的抗應力腐蝕能力,適合在該條件下使用。日本東京灣火力發電廠海水冷卻用高純Cr30Mo2無逢鋼管,已使用12.5年。理想的沿海屋頂材料:超純高鉻鐵素體不鏽鋼,不僅耐蝕性好、加工性好、焊接性好,還由於膨脹係數低,用於長尺寸的大型建築屋麵板時,比奧氏體鋼在設計、施工上均更有益。由於沿海建築,從海上飛來的海鹽粒子釀成的腐蝕嚴重 ,特別是不易受雨水衝洗致海鹽易濃縮的部位更嚴重。為此,日本開發出耐孔蝕好的高鉻鐵素體SUS447J(Cr30Mo2)建築用不鏽鋼。日本關西機場,用Cr30Mo2(C+N<150ppm)做屋頂材料,效果較好。有機酸產業:在高溫含甲酸的醋酸中,通常使用的不鏽鋼已不能滿足要求,隨介質中甲酸含量的進步,順次使用高鎳鉻鉬奧氏體不鏽鋼(00Cr20Ni25Mo4.5Cu)、雙相不鏽鋼(00Cr25Ni7Mo3N)、鎳基耐蝕合金(00Cr16Ni60Mo16W4)。而高鉻鐵素體不鏽鋼在有機酸中的抗蝕性特別好,不比鎳基耐蝕和金差,可用在各種惡劣有機酸條件下 。 (八) 結束語
高鉻鐵素體不鏽鋼具有良好的耐蝕性能、力學性能、工藝性能、物力性能 ,市場遠景極為廣泛。隻因合金中的碳、氮含量降低得不夠低,使合金易變脆和促使晶界腐蝕而被限製使用。現采用超純冶煉技術,將可使高鉻鐵素體不鏽鋼中的碳、氮含量降至所需的水平,解決了合金的脆性和晶界腐蝕題目,極有可能促使高鉻鐵素體不鏽鋼得到更加廣泛地利用。
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