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石油化工腐蚀与防护
Corrosion &Protection in Petrochemical Industr
现代铁素体不銹钢应用综述
余存烨
(中国石化上海石油化工股份有限公司,上海200540)
摘要;通过降低间隙元素含量并添加其它合金元素而开发的现代铁素体不锈钢克服了传统铁素
体不绣钢塑性及韧初性的不足,改善了加工性能。由于该不锈钢无镍与省镍比奥氏体不锈钢便宜,而又
有较高的抗应カ腐蚀开裂(SC)性能,在石化能源等领城应用前景广阔。
关键词:铁素体不锈钢耐腐蚀应用省镍
中图分类号:TG142.23
文献标识码:A
文章编号:1007-015X(2010)04~001-03
1现代铁素体不锈钢
[1~3
削加工性能。
Cr质量分数为10%~30%的铁铬合金被称
为铁素体不锈钢。这种传统不锈钢由于韧性有限、
现代铁素体不锈钢的特点分析
脆性转变温度较高及加工性能不足等因素,严重影
由于考虑到镍资源紧缺与镍价格上涨等因素,
响其在工业上的应用。通过用现代冶炼技术,进一如何少用镍甚至不用镍,是国内工业发展中亟待解
步降低间隙元素含量及添加其它合金元素,提高韧决的问题。用现代铁素体不锈钢部分代替奧氏体
性,并提高耐腐蚀性能,从而开发出超铁素体不锈不锈钢,是解决这个问题的最好途径。因为生产铁
钢或高性能铁素体不锈钢,即现代铁素体不锈钢。素体不锈钢不需要镍或少用镍,这样具有明显的经
由于省镍或无镍,既可得到低于奥氏体不锈钢的价济效益与社会效益。例如0Cr13钢的成本仅为18
格,又得到优于18-8钢的抗应力腐蚀开裂(SCC)
8钢的1/3。此外在某些应用领域还只能使用铁
与抗点蚀性能。这样,现代铁素体不锈钢在某些方素体不锈钢,如加工高硫高酸油的炼化装置较多塔
面(尤其用于换热器管子)可以代替奥氏体不锈体只能复合0Crl3Al或0Cr13,而用18-8钢会产
钢,甚至可以代替钛材使用,因此具有较大的经济生SCC。
意义。
2.1耐腐蚀性
为获得高性能的现代铁素体不锈钢,主要通过2.1.1耐一般腐蚀性能
以下几项措施:
铁素体不锈钢随Cr和Mo含量增加,耐腐蚀
(1)尽可能降低间隙元素C和N的含量
性增加。当铬质量分数增加到25%~30%,钢的
(2)加入稳定化元素T和Nb;
抗高温氧化与硫化性能提高,高铬钼铁素体不锈钢
3)加人耐腐蚀元素Mo与Cu及Pd;
还抗强碱腐蚀,抗有机酸(醋酸、甲酸和草酸)腐蚀
(4)添加其他有益元素。
也很好,对氧化性酸和中等还原性酸也有很好的耐
加人质量分数为0.5%~4%的i能造成复腐蚀性。
相组织,可以细化晶粒,而改善韧性,既能降低钢的2.1.2耐晶间腐蚀性能
塑性脆性转变温度,又可改进焊接等加工性能。N
传统铁素体不锈钢(含铬16%~28%)经焊
还改善对还原性酸的耐蚀性。
接后会产生晶间腐蚀,主要在大于925℃区间,即
在质量分数为11%~13%Cr钢中加人质量在靠近熔合线会引起刀口腐蚀,这是由于晶界沉淀
分数为0.2%A1,可以基本消除奥氏体,细化晶粒,富铬碳化物,使其邻近贫铬,而造成晶蚀,但若经
而且可提髙钢的抗氧化性与抗硫化性能。
650~815℃短时热处理,就易恢复抗晶蚀能力。
增加质量分数为25%~30%的Cr,钝态更稳而现代铁素体不锈钢由于碳氮含量降到了0.010
定,可提高抗氧化性介质耐腐蚀性,提高抗点蚀能
收稿日期:2009-07-13;修稿日期:2010-04-20。
力,并提高耐磨耗性,增大蠕变强度,但会促进作者简介:余存烨(1941-),男,高级工程师。1964年毕业
相与475℃脆性。
于浙江大学金相专业。长期从事石化设备腐蚀与防护科研
加人质量分数为0.07%的S和Se,可改善切与工程服务工作,现从事石化设备防腐工程监测工作。
石油化工腐蚀与防护
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%~0.025%,又加入了T和Nb进行稳定化,焊材硬度的升高、初性降低及耐蚀性丧失,因此铁素
缝晶间腐蚀基本可解决。
体不锈钢使用上限温度应控制在300℃以下。解
2.1.3耐应力腐蚀开裂(SCC)性能
决475℃脆性应设法消除6相,如通过热处理(超
铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢的最大优点是过600℃)固溶6相,可提高韧性,也可降低铬质量
对氯化物环境SCC极不敏感,因为铁镍铬合金对分数到13.7%以下,使6相不致析出。
氯脆影响最大的是镍含量,当Ni质量分数为7%
铁素体不锈钢较奧氏体不锈钢热膨胀系数低
~12%时是SCC最敏感区,即304L和316L钢最得多,而导热系数高(约20%~30%),这对换热
容易发生,而铁素体不锈钢几乎不含镍或含质量分器应用十分有利。
数为0.5%~4%的镍,一般不会发生SC。但由2.3加工性能
于N和Mo等元素的添加及其它杂质(如C和S
般铁素体不锈钢由于塑性较差、韧性有限
的存在),在氯化物含量高的溶液中也可能发生(尤其是厚断面),塑性脆性转变温度较高,因而成
SC。此外若存在降低铁素体不锈钢韧性的组织形性与焊接性不如奥氏体不锈钢,但现代铁素体不
结构,如晶间沉淀、6相析出(475℃脆性),也会促锈钢由于C和N含量降得很低,并添加其它合金
进氯脆。
元素,成形性与焊接性得到一定的改善,冷弯、深
2.1.4耐点蚀性能
冲、卷边、扩口和压扁无特殊困难,当然铬含量越
评价不锈钢抗点蚀性能可从PRE=%
低,可焊性越好,宜采用奥氏体钢焊条或焊丝,最好
3.3%Mo+16%N这一公式得到,PRE表示抗点采用氬弧焊。铁素体不锈钢由于厚断面韧性有限,
蚀当量。不同的不锈钢可按各自的化学组成的质宜用于不焊接的薄断面,如热交换器管子,不宜制
量分数来计算PRE,如钢的PBE越高,则表示其抗造操作压力超过0.3MPa的设备以及承受冲击载
C点蚀性能较高,奧氏体不锈钢中镍对抗C点荷的部件,但可制作复合钢板制容器。
蚀几乎无作用,而铁素体不锈钢主要靠铬与钼起作
用,虽无双相钢中氮的作用,但它的PRE值仍较3现代铁素体不锈钢应用展望2
高。如S4440为25,S44627为29,S44635为38
在石化行业较有推广前景的现代铁素体不锈
S44660为40和S44800为42。
钢有如下钢种。
2.2力学与物理性能
3.100Cr18T1
铁素体不锈钢的抗拉强度与一般奥氏体不锈
00Cr18i铁素体不锈钢,即美国UNSS43035
钢大致相同,但屈服强度却高得多。铁素体钢的特或439、日本SUS430LX、中国S11863或022Cr18T
点是塑性有限,而且具有明显的塑性/脆性转变温该钢是一种用钛稳定化的超低碳铁素体不锈钢,它
度,如果晶粒尺寸大或存在金属间相或存在间隙元的化学成分设计去除了对晶蚀的敏感性,并且不会
素C和N时,塑性/脆性转变温度会在室温甚至更在焊接热影响区生成马氏体,严格控制其化学成
高温度发生,给该钢种制作大型部件,尤其是焊接分,可得到优良的塑性、可焊性和耐蚀性。比早年
带来问题。但经降低C和N含量,并添加軍、Nb的0Cr17T和Cn17性能得到明显的改进,特别是
稳定化及加少量Ni后,塑性/脆性转变温度等问题它具有较高的抗氯化物SCC与抗连多硫酸SCC性
基本可解决。铁素体不锈钢还有σ