不銹鋼的合理選用

1、第六章不銹鋼的合理選用6.1 不銹鋼選用時要考慮的因素6.1.1 耐腐蝕耐腐蝕性包括不銹性和耐酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)的性能，以及高溫下抗氧化、抗腐蝕等性能。工程中選用不銹鋼，主要是為了解決工程中所遇到的各種腐蝕問題，所以在腐蝕環(huán)境中不銹鋼的耐腐蝕性能如何，能否保證設(shè)備在使用壽命之內(nèi)有足夠抗腐蝕能力，保證設(shè)備安全運行，是設(shè)計者優(yōu)先考慮的問題，選材時應(yīng)注意以下幾點：1耐蝕性的標(biāo)準(zhǔn)是人為確定的，既不能被它限制死，也不能不理它，必須根據(jù)設(shè)備具體使用條件使用要求來確選哪一級做為對腐蝕性的要求。要考慮設(shè)備特點、使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量等的要求，譬如使用過程中要求光潔鏡面或尺寸精密的設(shè)備、儀表部件可選13級；要求緊

2、配合、長期不漏或要求使用年限長的設(shè)備，可選25級；對要求不高、檢修方便或要求壽命不很長的設(shè)備、部件可選47級。除特殊情況外，不銹鋼在使用條件下年腐蝕率超過1mm的一般不選用。需要指出的是，前面10級標(biāo)準(zhǔn)對于產(chǎn)生局部腐蝕時不適用。2耐蝕性，不銹性都是相對的，有條件的。所謂不銹耐蝕是指在一定條件下，如介質(zhì)、濃度、溫度、雜質(zhì)、壓力、流速等一定時，材料銹或不銹，耐蝕或不耐蝕。到目前為止，還沒有哪種不銹鋼在任何環(huán)境中均有不銹性、耐蝕性，只是某個材料，某個牌較適于再某環(huán)境使用，有的牌號鋼適用范圍小些，有的適用范圍大些。選擇條件過高造成工程浪費，選擇條件過低，影響設(shè)備壽命和安全可靠性。3選擇不銹鋼時既要考慮

3、其一般耐腐蝕性，又要考慮其耐局部腐蝕的性能。特別是在水介質(zhì)和化工介質(zhì)中，后者尤為重要。使用經(jīng)驗著證明，導(dǎo)致不銹鋼設(shè)備、部件突然破壞，局部腐蝕比一般腐蝕危害更大。4在引用各種手冊、文獻(xiàn)中有關(guān)不銹鋼的耐腐蝕性數(shù)據(jù)時應(yīng)注意，其中很多是試驗數(shù)據(jù)，與實際介質(zhì)環(huán)境往往有較大出入。5不銹鋼制設(shè)備，如果因腐蝕而失效，應(yīng)進(jìn)行原因分析，查明原因后米取應(yīng)對措施才能徹底解決。6.1.2 力學(xué)性能力學(xué)性能包括強度、硬度、塑性、韌性、疲勞等性能。在應(yīng)用不銹鋼力學(xué)性能數(shù)據(jù)時，要注意這些性能大多是在無強烈腐蝕性介質(zhì)中的大氣環(huán)境中測得的，當(dāng)處于腐蝕性介質(zhì)時，這些力學(xué)性能，如疲勞強度就會顯著降低，在靜拉伸應(yīng)力和介質(zhì)作用下，有時會

4、在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其強度極限的情況下破斷。所以對于承受重復(fù)和交變載荷的設(shè)備，除作強度設(shè)計外，還要求做疲勞設(shè)計，對于在低溫下工作，并承受沖擊載荷的不銹鋼部件，必須考慮低溫韌性、脆性，轉(zhuǎn)變溫度、低溫斷裂韌性；有時還必須考慮其線膨脹系數(shù)。6.1.3 工藝性所謂工藝性，就是不銹鋼適應(yīng)設(shè)備制造工藝的能力，譬如：1是否適應(yīng)經(jīng)加工后形狀、尺寸、精度、光潔度等要求。2是否適應(yīng)設(shè)備制造所采用的焊接方法。3冷熱成形性，設(shè)備經(jīng)冷熱加工后保證力學(xué)性能、耐腐蝕性能的能力，以及可焊性。6.2 一般環(huán)境中不銹鋼的合理選用6.2.1 大氣環(huán)境中的選用農(nóng)村除某些地方空氣潮濕外，污染相對較小、空氣比較干凈、腐蝕性較弱，可選用Cr13型或

5、Cr17型不銹鋼。城市除了大氣潮濕外，空氣中海常含有Sq、H2sNH3、NO2及CQ、Cb等氣體雜質(zhì)和灰塵等懸浮顆粒，這些雜質(zhì)與水結(jié)合后，成為具有腐蝕性介質(zhì)，所以若在室內(nèi)使用，仍可選Cr13型或Cr17型不銹鋼，但在室外Cr17型不銹鋼則是最低等級牌號，如果是城市工業(yè)區(qū)，CQ、Cl2、H2s等有害氣體含量較高時，一般選188型不銹鋼，有特殊要求時可選17-142型(316型)。海洋大氣中氯離子含量高，如果選用Cr13型、Cr17型不銹鋼，也會在表面生成薄銹，但極易清除，如能選17142型不銹鋼將會有很好的效果。6.2.2 水介質(zhì)中材料選用不銹鋼在水介質(zhì)中，一般不會因晶間腐蝕而造成破壞，而最常見

6、的是局部腐蝕，特別是應(yīng)力腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕。高純水大量用于核工業(yè)中，特別是以水作為冷卻介質(zhì)的沸水和質(zhì)水核反應(yīng)堆中。由于高純水中C和氧含量都很低(ClX0.10ppm、oW0.01ppm),不銹鋼在這種條件下腐蝕率很低，0.01mm/%，所以主要牌號有0Cr18Nia0Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2等。淡水(含鹽低于0.05%)中即使含有少量C-和飽和氧和其它雜質(zhì)，也不至于引起不銹鋼的腐蝕問題，因此幾乎所有類型不銹鋼均可在與淡水接觸的環(huán)境中安全工作。但一般常選用的是Cr13型、Cr17型、188型，對換熱器、冷凝器、冷卻器、蒸發(fā)器、熱交換器等與水接觸的

7、設(shè)備，常用的188型，如0Cr18Ni10Th00Cr19Ni10等，根據(jù)情況不同也要選0Cr18Ni9或316型的。醫(yī)療器械可選3Cr1&4Cr1&9Cr18等，廚房設(shè)備可選0Cr19Ni9。灶具可選0Cr17、0Cr17Ti等。鍋、碗、瓢、勺可選0Cr1&0Cr17,高檔的可選0Cr18Ni9。在海水中一般腐蝕不嚴(yán)重，主要破壞形式是點腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕，而且受到含氧量、氯離子濃度、流速的影響，如溫度在30c以下可選0Cr17Ni12Mo2、0Cr19Ni13Mo3等不銹鋼，如果溫度為4050C,最好選00Cr18Ni16Mo5(N)、00Cr20Ni25Mo4.5(N)或00Cr25

8、Ni17Mo3N等，或鐵素體不銹鋼如00Cr26Mo1、00Cr26Moi等，當(dāng)選不銹鋼時，要求海水流速n1.5m/s。6.2.3 硝酸介質(zhì)中用不銹鋼不銹鋼在稀硝酸中具有良好的耐腐蝕性，可以說幾乎所有不銹鋼在稀硝酸中均有相當(dāng)好的耐腐蝕性，如0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、1Cr18Ni9Ti等，在濃度w65%W硝酸中這些鋼是用最大的。00Cr25Ni6Ti也有用的，效果也很好。濃度超過65%,特別是到85%以上時Cr25Ni20型也不能用，應(yīng)選用0Cr13Si4NbRe1Cr17Ni11Si4AlTi等，如果溫度超過80c則應(yīng)該用00Cr17Ni17Si瞪含鋁不銹鋼一般不用做耐硝酸腐蝕

9、，但硝酸中含有C-時，為防止點腐蝕，則常常選含Mo的不銹鋼。6.2.4 耐硫酸介質(zhì)不銹鋼硫酸在工業(yè)上產(chǎn)量大、用途廣，是基本的化工原料，廣泛用于國民經(jīng)濟的各個部門，無論是生產(chǎn)還是使用都會遇到腐蝕問題。硫酸雖然是一種含氧酸，但稀的和中等酸度的硫酸的氧化性較弱，因而屬于還原性，濃硫酸，特別是熱濃硫酸則具有很強的氧化性。在選用耐硫酸不銹鋼時，隨硫酸的濃度，使用溫度的不同，所選的牌號也不同。0Cr17Ni12M02、00Cr17Ni14Mo2或0Cr18Ni12Mo2Ti等，是可選用的最低牌號，00Cr25Ni6Mo2N等雙相鋼優(yōu)于含23%Mo奧氏體不銹鋼，高M(jìn)o如A4%,比含23%Mo不銹鋼更耐硫酸腐

10、蝕。如果鋼中即含Mo又含Cu時，其耐硫酸腐蝕性能優(yōu)于僅含Mo不銹鋼，使用范圍也較大。當(dāng)Mo、Cu、Si(34%京添加時，金各銀奧氏體鋼和雙相鋼的耐硫酸腐蝕性更好，使用范圍進(jìn)一步擴大，如0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti1Cr24Ni20Mo2Cu30Cr20Ni29Mo3Cu4等主要用于常壓，80c以下各種濃度硫酸，濃度9098%勺高溫濃硫酸中，一般只含Si至U6%,才有滿意的結(jié)果，如00Cr17Ni17Si&00Cr18Ni20Si6MoCul?,高硅不銹鋼在稀硫酸中耐腐蝕性會下降。當(dāng)硫酸中含有雜質(zhì)，如F、c存在時，一般會顯著提高不銹鋼的腐蝕速度，當(dāng)按圖6-1各件使用時，鋼號選擇可按表6-1

11、。圖6-1不銹鋼在硫酸中的等腐蝕圖表6-1各種不銹鋼選擇表區(qū)域選用不銹鋼牌號I0Cr18Ni12Mo2Ti1Cr18Ni12Mo2Ti(40C,無空氣)00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo300Cr18Ni18Mo50Cr18Ni18Mo2Cu2Ti(50)00Cr18Ni14Mo2Cu200Cr20Ni25Mo4.5Cu0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti(80)0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2(80C)0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb(80C)n00Cr20Ni25Mo4.5Cu0Cr20Ni29Cu4Mo3(65c)0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti(80)0Cr

12、20Ni24Mo3Si3Cu2(80C)0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb(80C)m0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti(50)00Cr18Ni14Mo2Cu200Cr20Ni25Mo4.5Cu0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb0Cr20Ni29Cu4Mo3(65c)0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti(65)0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2(65C)IV1Cr18Ni12Mo2Ti00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo3,00Cr18Ni14Mo2Cu20Cr18Ni18Mo2Cu200Cr18Ni18Mo500Cr20Ni25Mo4.5Cu0Cr20Ni29Cu4

13、Mo30Cr20Ni24Mo3Si3Cu20Cr12Ni25Mo3Cu3Si2NbV1Cr18Ni11Si4Am(6%)不銹鋼(130C)0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2(00Cr30Mo2(C+N)c150PPm)tB有優(yōu)異的耐氫氧化鈉腐蝕性，在要求不高時Cr型鐵素體鋼就可滿足氫氧化鈉腐蝕要求。6.2.10 尿素甲胺液介質(zhì)中不銹鋼的選用尿素是二氧化碳與氨合成的，一般是在高溫(180210C)高壓(140250大氣壓)下合成的，尿素生產(chǎn)中間產(chǎn)物一氨基甲酸鏤等(尿素甲胺液)，在高溫高壓下對不銹鋼有強烈的腐蝕性，可以破壞不銹鋼的鈍化膜，并有強烈去鈍化作用，使Mo23%的CrNi奧氏體不銹鋼受到

14、強烈腐蝕，如00Cr17Ni14Mo2(316L邱J的年腐蝕深度可達(dá)到50mm,尿素生產(chǎn)過程中加氧時，由于可保證不銹鋼的鈍化，從而解決了尿素甲胺液的強腐蝕問題。尿素生產(chǎn)設(shè)備常選用的不銹鋼主要有：01Cr18Ni12Mo2Ti、01Cr18Ni12M03Th1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo3N以及00Cr17Ni14Mo2、00Cr25Ni22Mo2N等。我國二氧化碳汽提法生產(chǎn)的大型尿素設(shè)備，除汽提塔的分布管用00Cr25Ni22Mo2N不銹鋼外，均它采用尿素級00Cr17Ni14Mo2不銹鋼。有研究認(rèn)為這兩個鋼Cr含量應(yīng)控制在上限，C、P應(yīng)盡量低，口相應(yīng)W0.6%。有人

15、指出00Cr25Ni22Mo2N和高00Cr26Mo1、00Cr30Mo2的耐腐蝕性遠(yuǎn)高于316L和00Cr25Ni22Mo2N。6.2.11 耐晶間腐蝕不銹鋼晶材料是晶粒邊界先發(fā)生腐蝕，使晶粒間失去合力的局部腐蝕，其特征是不銹鋼發(fā)生了晶間腐蝕時，外形尺寸不變，仍保持金屬光澤，在顯微鏡下觀察時，可見到晶界周圍受到腐蝕，甚至晶粒脫落，腐蝕沿晶界發(fā)展，遇到外力時，金屬表面出現(xiàn)裂紋，失去金屬聲音。見照片x。晶間腐蝕的原因或稱機理，大多認(rèn)同晶界貧金各理論。就是不銹鋼加熱到固溶處理溫度（一般10001150c視鋼中而異），保溫后快冷（一般為水冷）。如果Cr-Ni奧氏體不銹鋼中含碳量超過0.02%0.03

16、%以上時（美標(biāo)為0.035%）,碳在鋼中處于過飽和狀態(tài)，若在隨后加工制造或使用中經(jīng)過450850c溫度加熱，則過飽和的碳就會向晶界擴散，析出并與其附近的金各形成金各化碳，這種碳化物一般為Cr23C6由于這種碳化物含有較高的金各，所以導(dǎo)致碳化物周圍鋼基本落濃度降低，形成貧金各區(qū)，鋼中金各含量不足以在工作介質(zhì)中鈍化時，使在介質(zhì)作用下優(yōu)先溶解而產(chǎn)生晶間腐蝕，但晶粒本身有足夠鈍化能力而不被腐蝕，有研究證明，在一些苛刻條件下，即使晶界周圍金各n12%也能產(chǎn)生晶間腐蝕。為了防止不銹鋼在工作條件下發(fā)生晶間腐蝕，在選擇材料時，人們常常選用含穩(wěn)定化元素Ti、Nb的Cr-Ni奧氏體不銹鋼，如1Cr18Ni9Ti、

17、0Cr18Ni10Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、1Cr18Ni11Nb0Cr18Ni11Nb等。Ti和Nb的作用主要是它們可與鋼中過飽和的碳形成穩(wěn)定的Tic、Nbc等碳化物，防止或減少金各碳化物Cr23C6的形成。Ti不僅可與C結(jié)合，而且還與鋼中N、S結(jié)合形成TiN、TiS,同Ti加入量要大于理論最低含量。固溶處理溫度過高不僅Cr23C6溶解，Tic也溶入基體，在隨冷卻或敏化處理溫度停留，就會有更多Cr23C晰出，增加晶間腐蝕傾向。必須指出的是含Ti不銹鋼焊后在熔合線易出現(xiàn)“刃狀腐蝕”，同樣也能引起焊接結(jié)構(gòu)破壞。所以歐、美、日很少用含Ti不銹鋼作為防晶間腐蝕

18、鋼使用，轉(zhuǎn)而選用超低碳金各鎮(zhèn)不銹鋼代替含敏:不銹鋼。對這個問題，國內(nèi)還沒有足夠認(rèn)識。有研究發(fā)現(xiàn)，非敏化狀態(tài)普通不銹鋼，也包括敏化狀態(tài)，超低C不銹鋼和含穩(wěn)定化元素Ti、Nb不銹鋼也可能發(fā)生晶間腐蝕，認(rèn)為與C、P、SkB等在晶界偏聚有關(guān)。鐵素體不銹鋼也有晶間腐蝕問題，我們接觸較少，這里就不介紹了。6.2.12 其它腐蝕及選材1刃狀腐蝕為防止刃狀腐蝕發(fā)生，在選材時應(yīng)首先選低碳(0.040.06%)或超低碳(W0.03%)CrNi奧氏體不銹鋼代替含Ti(Nb)不銹鋼，當(dāng)必須選含Ti或含Nb不銹鋼時，也應(yīng)將碳含量盡量往下限控制。2點腐蝕提高不銹鋼耐點腐蝕的措施之一就是盡量降低S、Mn含量，減少作為誘發(fā)點的MnS的形成。另外降低非金屬夾雜物AI2O3、TiN等，提高鋼的純度，降低氣體含量，防止點腐蝕發(fā)生來說都是必要的。另外，還必須防止M23CO(金屬碳物)等碳化物和0相、X相等金屬間化