超纯高铬铁素体不锈钢的开发和应用2

五）   降低高铬铁素体不锈钢中碳、氮含量的方法

    不锈钢中都希望将碳含量尽可能降低，现广泛使用的AOD和VOD法，分别能将碳含量降至0. 03%和0.01%，已能满足奥氏体不锈钢的需求。但高铬铁素体不锈钢要求将碳含量降至0.003%，氮含量降至0.007%以下， 则需寻找新的工艺。

1、  电子束炉冶炼：

电子束炉冶炼，是公认的合金提纯的有效方法。国内外对高铬铁素体不锈钢进行了冶炼，并得到了较好的效果：

但电子束炉工艺复杂、成本高，且难以大规模生产，因而很难推广。

2、  超纯冶炼技术：

    我们发明的超纯冶炼技术，可使合金的纯洁度大大提高。表（5）给出了在Ni—Cr系和Fe—Cr系合金中可达到的纯洁度水平。

表（5）纯洁度水平（%）

    由表（5）知，通过超纯冶炼技术生产的高铬铁素体不锈钢，碳、氮含量可以达到要求。超纯冶炼技术对现有设备无需做大的改动，工艺成本增加不多，且便于实现工业化的生产，一吨炉型，年产过千吨，十吨炉型，年产过万吨。

(六)高铬铁素体不锈钢的冶炼实例

1、合金成份的比较：

表（6）两种工艺的成份比较

    由表（6）知，用超纯冶炼技术产生的高铬铁素体不锈钢的碳、氮含量完全能达到电子束炉的水平，甚至更好。

2、脆性转变温度的比较：

表（7）两种工艺的韧脆转变温度的比较

    由表（8）知，超纯法冶炼的比电子束冶炼的高铬铁素体有更低的韧脆转变温度。

3、  室温拉伸性能的比较：

表（8）两种工艺的室温拉伸性能的比较

    由表（8）知，超纯法冶炼的合金强度和塑性不比电子束冶炼的差。

（七）   超纯高铬铁素体不锈钢近期可开发和应用的领域

1、  氯碱工业的蒸发器

    氯碱法制碱分为离子膜法和隔膜法两种工艺。离子膜法制碱过程中，次氯酸盐很低，使镍制蒸发器寿命可达7~8年，较理想。我国约90%的碱是有隔膜法生产的，生产过程中形成较多的次氯酸盐。

由图（3）知，含次氯酸盐的碱溶液中，纯镍的抗蚀性大将，需要高铬铁素体。国内的蒸发器现仍然用镍制造，寿命短，仅一年有余。为了延长使用寿命，齐鲁石化曾高价进口一台高铬铁素体不锈钢的蒸发器。由于该设备中使用的高铬铁素体的碳含量不够低，在焊接后易发生晶界腐蚀，只好将其管板接头改用胀接，由于胀接处残余应力过大，使用寿命也仅三年零四个月。

    我国现有近2000台浓缩碱的蒸发器，其中1/3工作条件恶劣，寿命很短，一台蒸发器造价百万元，使碱的生产成本大幅增加。因此，急需碳含量低，焊后不会有晶界腐蚀的高铬铁素体不锈钢。预计每年要造几百台蒸发器，需上千吨高铬铁素体不锈钢。

2、  烟气脱硫装置

    发电厂每年排出大量硫，严重污染大气。国家规定，新建电厂必须同时配套建燃煤除硫装置，否则不允许发电运行；老厂也限定时间增添除硫装置。2003年我国建成了三十四套60万 kw的发电装置。预计今后一些年，新电厂的配套和老电厂的改造，每年要建近百套脱硫装置，约需几千吨不锈钢。

    在脱硫过程中，介质中的氯化物将浓缩到几十万ppm，有严重的氯离子应力腐蚀倾向。因此，该装置的预洗塔容器、急冷塔容器、出口管道和再热器都需要用耐应力腐蚀的C—276、C—22等镍基耐蚀合金。高铬铁素体不锈钢具有极佳的抗应力腐蚀能力，完全能够替代镍基耐蚀合金，应用于烟气脱硫装置中。

    一套烟气脱硫装置约需投资2亿元。由于镍基耐蚀合金特别昂贵，在投资中占很大的份额。如能用高铬铁素体不锈钢取代，则可大幅减少投资。

3、  尿素工业

    早期，多年316（尿素级）不锈钢制造尿素装置，随着生产工艺的强化，用316L生产的设备寿命太短，逐步用尿素专用的高铬钼的奥氏体不锈钢（2RE69）或超级双相不锈钢（DP-12）代替。但从表（9）可知，高铬铁素体不锈钢具有非常好的抗尿素能了，但实际生产中却很少选用。原因何在呢？关键是先有的高铬铁素体不锈钢碳含量不够低，焊后晶界腐蚀严重。

表（9）在195℃脱氧尿素溶液中的腐蚀速度的比较

    尿素装置主要由合成塔、气提塔、冷凝塔和高压分解塔组成，塔内又由大量的气提管、冷凝管、分解管等以及输送管道。所有这些大型不件，都在现场由大量的板材和管材焊接而成，所以对焊接性能要求很高。目前生产的高铬铁素体不锈钢中碳含量不够低，就是加了一些Ti的Nb也还是不能抑制焊后晶界M₂₃C₆的网状析出，促使晶界腐蚀。用超纯技术冶炼的高铬铁素体不锈钢。碳含量可降到0.002%，完全消除了晶界析出M₂₃C₆的可能性，因此是理想的尿素生产用材。

    肥工业是工业用不锈钢的大用户，占工业用不锈钢总需求量的一半以上。我国近期新建、更新和维修48~52万吨级大型化肥厂，将需6万吨不锈钢，再加上新建中的中、小型化肥厂和现有50多家中型和1100多家小型化肥厂，需要大量的不锈钢，市场需求十分可观。

4、  其他一些领域

    海水淡化：海水淡化需加热到120℃，快速蒸发，在导热管外冷凝成水。该装置中的很多部件有应力腐蚀倾向，需要选用耐应力腐蚀的材料。如泵、壳、轴、叶轮及蒸发罐、分离器、脱气装置等，但主要的是各种传热管。以100000m³/天的淡化装置计，约需2200吨的传热管。现主要用OOCr22Ni17Mo3NNb和OOCr22Ni13Mo5NNbV制造，其完全可以用高铬铁素体的Cr26Mo1代替。

    纸张漂白：纸张漂白多用氯气、碱、次氯酸盐等，应力腐蚀严重。必须用OOCr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr20Ni18Mo6CuN或C-276镍基合金等材料作管道泵、混合器、漂白塔、箱体、过滤圆桶、漂白液槽，漂白液输送管道等，其也可以用超纯高铬铁素体不锈钢替代。

    火力和核电厂冷凝器:发电厂的冷凝器的管道，如用奥氏体不锈钢制造，很容易发生应力腐蚀，特别当用海水冷却时，国内曾发生过该类事故。而高铬铁素体不锈钢有很强的抗应力腐蚀能力，适合在该条件下使用。日本东京湾火力发电厂海水冷却用高纯Cr30Mo2无逢钢管，已使用12.5年。

    理想的沿海屋顶材料：超纯高铬铁素体不锈钢，不仅耐蚀性好、加工性好、焊接性好，还由于膨胀系数低，用于长尺寸的大型建筑屋面板时，比奥氏体钢在设计、施工上均更有利。由于沿海建筑，从海上飞来的海盐粒子造成的腐蚀严重，特别是不易受雨水冲刷致海盐易浓缩的部位更严重。为此，日本开发出耐孔蚀好的高铬铁素体SUS447J（Cr30Mo2）建筑用不锈钢。日本关西机场，用Cr30Mo2（C+N<150ppm）做屋顶材料，效果较好。

    有机酸工业：在高温含甲酸的醋酸中，通常使用的不锈钢已不能满足要求，随介质中甲酸含量的提高，依次使用高镍铬钼奥氏体不锈钢（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）、双相不锈钢（00Cr25Ni7Mo3N）、镍基耐蚀合金(00Cr16Ni60Mo16W4)。而高铬铁素体不锈钢在有机酸中的抗蚀性特别好，不比镍基耐蚀和金差，可用在各种恶劣有机酸条件下。

（八）   结束语