化工耐蝕新金屬材料開發(fā)應(yīng)用

林宏斌

（常州佳伍德環(huán)保設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213032）

化工耐蝕新金屬材料開發(fā)應(yīng)用

林宏斌

（常州佳伍德環(huán)保設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213032）

滿足高要求的新型材料不僅為石油化工、空間技術(shù)及海洋開發(fā)等帶來了較高利益及便捷，同時(shí)也推進(jìn)了技術(shù)的革新發(fā)展進(jìn)程。文章對(duì)耐蝕新金屬材料目前的研制成果做簡(jiǎn)要分析并提出建議，以期為化工耐蝕材料的研制工作提供借鑒意義。

化工；耐腐蝕；新金屬材料

1 化工耐蝕新金屬材料的開發(fā)研制

1.1 新型耐蝕合金

（1）節(jié)能型合金的開發(fā)應(yīng)用。為了研制出少含或不含希貴元素的合金材料，主要開發(fā)研制少含cr、Ni元素的不銹鋼。國外對(duì)無鉻不銹鋼材料的研究已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間并遲遲沒有突破。近年來廣大學(xué)者對(duì)來Fe—A1—Mn體系的研究再次掀起熱潮。Mn30All0型鋼是目前新開發(fā)出來的一種具有較好耐蝕性能的材料并且具有極高的實(shí)用性。早期在研究r—Mn—N系不銹鋼時(shí)已經(jīng)考慮到節(jié)Ni的因素。含N雙相不銹鋼的某些性能已經(jīng)超過304不銹鋼，例如近期南非開發(fā)出來的高錳雙相不銹鋼。近期日本研發(fā)出Cr15NiJ·5Mo型不銹鋼能夠用于3000～5000m的酸性油氣井，具有較高的實(shí)用價(jià)值并且能夠替代雙相鋼。通過利用Mo、Nb及Cu進(jìn)行復(fù)合能夠提高鋼的耐蝕性并提高鈍化能力，新日鐵開發(fā)的YUS220耐蝕鐵素體鋼就是很好的例證。

由于節(jié)約型鋼種具有較高的經(jīng)濟(jì)性并且能夠有效節(jié)約資源，我國對(duì)其的開發(fā)研究一直十分重視。目前已經(jīng)研制出Fe—Mm—Al—Cr—Si系鋼，這種鋼材料不僅具有較高的實(shí)用價(jià)值同時(shí)有較好的耐熱及耐海水腐蝕性能。在不斷研究下發(fā)現(xiàn)通過加入Cu、Mo進(jìn)行鍛造的Cr—Mn—N鋼的耐蝕性能力高于304不銹鋼，并且含N雙相鋼具有較高的生產(chǎn)能力并已經(jīng)成為長(zhǎng)期發(fā)展的重點(diǎn)。

（2）高性能合金的開發(fā)應(yīng)用。現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展的進(jìn)程對(duì)新材料的大量需求使得高性能合金材料作為新型合金發(fā)展的重要方向之一。當(dāng)前，高合金化是高耐蝕能力材料的主要發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)針對(duì)工業(yè)酸介質(zhì)的大量需求，已開發(fā)出耐化工強(qiáng)腐蝕性的耐磷酸UB6合金等新材料。高氮超級(jí)不銹鋼的出現(xiàn)是目前奧氏體不銹鋼目前的最新研究成果，其含氮量高達(dá)0.4%及以上，并且具有耐蝕性高的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 非晶態(tài)合金的開發(fā)應(yīng)用

非晶態(tài)合金材料是由多金屬或金屬與類金屬組成而成的多組元合金，又被稱作金屬玻璃。由于非晶態(tài)合金原子的排列長(zhǎng)程無序狀態(tài)避免了位錯(cuò)及晶界等缺陷，并且不會(huì)受到成分偏析等因素的影響因此具有較好的耐蝕性且機(jī)械強(qiáng)度較高。非晶態(tài)耐蝕合金初期以貴金屬作為主要組成部分。隨著以Ni、Fe及Co為基的一些列合金材料被不斷開發(fā)出來，使其更具實(shí)用性。研制大塊非晶體一直是專家們研究的重要課題。節(jié)約型Fe—Al—Mn合金將有可能通過快凝技術(shù)實(shí)現(xiàn)非晶化，使其耐蝕性能夠達(dá)到部分不銹鋼的耐蝕水平。

非晶態(tài)合金的研制在20世紀(jì)80年代初期有所突破，例如Al—Fe—B非晶態(tài)合金就是很好的研究成果。鋁基非晶態(tài)合金的作為一類價(jià)值較高的新型材料，其比強(qiáng)度極高。含有大量Al的Al—La—Ni合金通過晶華化處理其斷裂強(qiáng)度可達(dá)到00MPa，同時(shí)在300℃條件下其斷裂強(qiáng)度能夠保持在1000MPa的水平，相較于傳統(tǒng)合金表現(xiàn)已經(jīng)十分優(yōu)秀，其耐蝕性及韌性也更加突出。

2 化工耐蝕新金屬材料開發(fā)過程中的思考及建議

（1）既要仿制開發(fā)，又要注重創(chuàng)新研發(fā)。目前在國內(nèi)，要進(jìn)行耐蝕鋼的開發(fā)基本都是以仿制國外相關(guān)的牌號(hào)為起點(diǎn)的。無論是尿素、醋酸以及硫酸等，還是鈦合金和鎳基合金，均是從仿制前蘇聯(lián)、美國與瑞典等國家的相關(guān)鋼號(hào)開始。即便是耐蝕低合金鋼的某些鋼號(hào)也需要仿制日本、法國的相關(guān)鋼號(hào)。例如，通過仿制法國的APS10M4a而得到12Cr2AIMoV。我們可以分析國外相關(guān)鋼種的化學(xué)物理特點(diǎn)，并學(xué)習(xí)理解其中應(yīng)用的各類冷熱加工技術(shù)與其配套的感應(yīng)焊接、激光焊接等相關(guān)設(shè)備的各類制造工藝。再在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行詳細(xì)試驗(yàn)測(cè)試，并在試驗(yàn)的過程中不斷地分析改進(jìn)，最后總結(jié)具體數(shù)據(jù)，以開發(fā)出我們自己的耐蝕鋼類型。但是，自主創(chuàng)新卻是更為重要的。

（2）緊跟時(shí)代發(fā)展步伐。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)研制的部分耐蝕性鋼，例如碳銨用鋼在實(shí)際應(yīng)用過程中基本上已經(jīng)被淘汰。在尿素的新生產(chǎn)工藝向高壓高溫發(fā)展的過程中，其部分設(shè)備的部位受到了嚴(yán)重的腐蝕，需要采用鈦材或其他材料。再如，在一些煉油廠中，曾采用12Cr2AIMo鋼投入催化吸收解吸系統(tǒng)及催化、焦化分餾塔底設(shè)備管線及部件，以該鋼替代碳鋼明顯提高了抗腐蝕能力。但由于其硬度相較于碳鋼較高，經(jīng)過上海材料研究所等機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，對(duì)12Cr2AIMo鋼進(jìn)行釩去除，并降低其碳含量，并在此基礎(chǔ)上研制出08Cr2AIMo鋼，提高了其可制造性能及可焊接性能。近年來，上海、南京及茂名等石化廠大量采用該鋼并使用于換熱器中，相較于碳鋼08Cr2AIMo鋼具有更高的抗腐蝕能力。

同時(shí)其他石化設(shè)備廠也利用降低鋼中碳含量的方式進(jìn)行去釩，并通過增加稀土脫硫等手段提高鋼的可焊接性能及物化性能，并最終研制出09Cr2AIMoRe鋼投入相關(guān)石化廠進(jìn)行使用。通過以上分析可以得出，對(duì)老鋼種的成分進(jìn)行改進(jìn)并將其精煉，能夠在吸收老鋼種優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行提高，使其滿足石化生產(chǎn)新時(shí)期的高要求。

在開發(fā)耐蝕低合金鋼的過程中，曾發(fā)現(xiàn)例如09Cu、08WVSn等含有Cu、Sn等元素的抗稀鹽酸腐蝕性能較好的鋼，其耐蝕性相較于碳鋼來說更高。通過借鑒日本Cu—Sb系列耐蝕性鋼及以上經(jīng)驗(yàn)為以后開發(fā)抗硫酸露點(diǎn)腐蝕用鋼提供了十分重要的參考價(jià)值。例如最初采用液體浸鋁擴(kuò)散法的滲鋁鋼，進(jìn)過包埋法的開發(fā)應(yīng)用以及通過將其與料漿感應(yīng)滲鋁等方式，結(jié)合對(duì)焊接材料的研究及工藝的優(yōu)化，將其制作成爐管及換熱器等并在大量石化設(shè)備廠中得到應(yīng)用和推廣。

（3）結(jié)合舊成果及時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新。在我國開始步入改革開放的時(shí)代之前，多種由冶金部門研制開發(fā)的新型耐蝕材料中的大多數(shù)都沒有發(fā)揮自己的作用，均半途而廢。例如，由國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的A4鋼，自實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)開始，一直到通過大型設(shè)備的試用，均被證明可以代替尿素的功能，18—12Mo鋼被應(yīng)用在維綸工程的設(shè)備中，但是因受到了“文革”的影響，并且被當(dāng)時(shí)的冶煉條件所限制，就導(dǎo)致焊后接縫區(qū)組織、表面質(zhì)量與生產(chǎn)工藝等技術(shù)指標(biāo)都有很多問題。如果適度調(diào)整其成分，用先進(jìn)的VOD、AOD等現(xiàn)代化冶煉技術(shù)，隔離排除掉雜質(zhì)，并推陳出新，就可以做出一定的成果。

（4）積極完善耐蝕鋼材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展并加速研發(fā)進(jìn)程。目前，我國鋼的年產(chǎn)量已經(jīng)高達(dá)三億多噸，在世界范圍內(nèi)位于第一的位置，同時(shí)，鋼材的消耗量在世界總耗量中約占四分之一。在鋼材大需求的當(dāng)前形勢(shì)下，高級(jí)不銹鋼的產(chǎn)量及水平卻沒有滿足化工產(chǎn)業(yè)的需求及標(biāo)準(zhǔn)，并且需要通過從國外進(jìn)口普通不銹鋼，這不僅無法帶動(dòng)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展同時(shí)也無法實(shí)現(xiàn)我國的資源戰(zhàn)略目標(biāo)。導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的原因是多方面的：①國產(chǎn)耐蝕鋼的產(chǎn)量及品種無法滿足當(dāng)前化工產(chǎn)業(yè)及飛速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)需求，并且其在成套供應(yīng)方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足；②相較于發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)力及對(duì)耐蝕鋼在質(zhì)量方面的控制程度，國產(chǎn)的耐蝕鋼還達(dá)不到進(jìn)口鋼材的水平；③部分具有特殊性的耐蝕合金材料國內(nèi)還沒有達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求；④采用國產(chǎn)合金鋼制造設(shè)備的成本高于成套進(jìn)口的生產(chǎn)裝置，在成本控制上處于劣勢(shì)，國外的合金鋼在國內(nèi)進(jìn)行加工制造的成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成套購買進(jìn)口設(shè)備；⑤欽、超級(jí)不銹鋼等鋼材料的相較于進(jìn)口鋼材更為昂貴。

（5）遵循可持續(xù)發(fā)展觀，兼具經(jīng)濟(jì)性能及科技含量。化工產(chǎn)業(yè)在其可持續(xù)發(fā)展過程中必須對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、科技含量及資源消耗等問題進(jìn)行全方面的考慮，以遵循科學(xué)的、可持續(xù)發(fā)展的原則作為發(fā)展方向。由于化工企業(yè)在選材用材及防腐蝕方面必須嚴(yán)格按照設(shè)備的各項(xiàng)規(guī)范及操作指標(biāo)等進(jìn)行操作，因此正確用材、合理選材具有尤為重要的作用。不合理的用材現(xiàn)象不僅會(huì)直接導(dǎo)致資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題，還會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。

在選材用材的過程中應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)性兩方面對(duì)鋼材的選擇進(jìn)行綜合考慮，并從宏觀的角度進(jìn)行分析。相較于不銹鋼，耐蝕低合金鋼具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在合理用材與選材的過程中可以采用多種鋼材料替代不銹鋼，例如節(jié)鎳鉻不銹鋼、塑料玻璃鋼等。從技術(shù)層面考慮，可以采用鐵素體或雙相不銹鋼有效達(dá)到防應(yīng)力腐蝕破裂的效果。但是在其使用過程中應(yīng)考慮脆性轉(zhuǎn)變溫度，可采用低錳高鋁不銹鋼進(jìn)行防點(diǎn)蝕縫蝕。

3 結(jié)語

綜上所述，對(duì)鋼材的選擇和使用過程中由于其制造及設(shè)計(jì)等方面的因素，很多化工廠更愿意通過進(jìn)口鋼材的方式滿足自身需求。由于國內(nèi)還未完善耐蝕合金產(chǎn)業(yè)，并未能研制出高性能的產(chǎn)品，導(dǎo)致采用鋼材產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益外流。因此，從國際競(jìng)爭(zhēng)的角度考慮，國內(nèi)應(yīng)當(dāng)積極對(duì)化工耐蝕新金屬材料進(jìn)行開發(fā)和研究，并且盡快投入使用，加快不銹鋼與耐蝕合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。對(duì)舊企業(yè)設(shè)備的改造及更新、吸收進(jìn)口技術(shù)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)仍是當(dāng)前需要重點(diǎn)研究的課題。在鋼材用材過程中快速實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。這意味著國內(nèi)鋼材的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化，通過不斷提高鋼材的質(zhì)量及耐蝕性等滿足化工產(chǎn)業(yè)、海洋開發(fā)等多產(chǎn)業(yè)的需求，以期快速推進(jìn)耐蝕新金屬材料的研發(fā)進(jìn)程并帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

An Analysis on Development and Application of New Anti-corrosion Metallic Materials in Chemical Industry

LIN Hong-bin
（Changde Garwood Environmental Protection Equipment co.,LTD,Changzhou,Jiangsu 213032，China)

new materials meeting high requirements not only bring in relative high interests and convenience for the development of chemical industry,space technology and oceans but also promote the development of the technology innovation process.This paper made brief analysis on the achievement made in anti-corrosion metallic materials and gave out suggestions,,hoping to provide reference for the researches on anti-corrosion materials in chemical industry.

chemical industry;corrosion resistance;new metallic material

TG174.2

A

2095-980X（2015）02-0074-02

2015-01-14

林宏斌（1965-），男，遼寧昌圖人，大學(xué)本科，研究方向：垃圾車設(shè)計(jì)，新材料在垃圾車上的應(yīng)用。