在第二次世界大戰后不久繁榮起來的肥料、化學纖維工業中,由于很多情況下需要處理硫酸、硫鹽酸、紡絲液,所以316不銹鋼等含鉬的奧氏體不銹鋼,沒有在美國標準中出現含鉬和銅的奧氏體不銹鋼,現在的SUS316J1不銹鋼以及日本各公司獨立開發的高鎳耐腐蝕性不銹鋼等都被廣泛的應用。一般認為添加鉬銅的不銹鋼最先是由德國開發的,日本各個公司的高鎳不銹鋼也是參考德國Krupp公司開發的耐硫酸V16A鋼(18Cr-18Ni-2Mo-2Cu)等又進行了日本國產化的產品。此外,對于美國開發的Carpenter20(20Cr-30Ni-2Mo-3Cu)和Worthite(20Cr-24Ni-3Si-3Mo-2Cu),也實現了日本國產化從而被廣泛使用。1950年3月,日本根據經濟安定本部的化學工業發展計劃,在日本商工省主辦的不銹鋼座談會上,提出了一份不銹鋼的預期需求量約為3300t/a的細目,不銹鋼材料在用于化學肥料和有機合成共占了70%以上,用于化學成套設備的占壓倒性多數,特別是316不銹鋼需求量最多。圖3.1 顯示了1951年~1958年不銹鋼各種滾軋鋼材的產量,1951年316L不銹鋼占總產量6427噸的34.2%,此后雖然受到經濟變化的影響,任然能達到10%~16%。該圖中還能看到其他鋼種的變化,特別是13Cr系列不銹鋼產量直線上升,1957年~1958年達到了總體的45%,這是因為其中大約一半都作為日本出口西餐餐具用材料供應給日本新瀉縣。
20世紀50年代后半期,紙漿工業對不銹鋼需求增強,特別是在強腐蝕環境中,由于當時采用了蒸解紙漿原料時使用亞硫酸鹽的SP法,所以除了漂白工序以外,在蒸解工序中也大量使用不銹鋼,特別是316不銹鋼和317L不銹鋼。與初期處于處理其他酸的成套設備一樣,雖然利用焊接后固溶溫度下的熱處理、急冷等方法進行處理,但這種用途也存在晶間腐蝕問題,此后蒸汽溶解釜就固定使用316L不銹鋼和316L不銹鋼復合板(ban)。此外近年來使用堿的蒸解KP法成為主流,由于腐蝕性較弱,蒸解釜所使用的不銹鋼,其主體也變成為了304或304L不銹鋼。可是在漂白工序中,有時候也會暴露在腐蝕性極為強烈的條件下,所有316不銹鋼是不夠的,有時候也會使用317L不銹鋼甚至是 Hastelloy 碳或鈦。
表3.3 中列舉了1960年以前日本的不銹鋼專門生產廠商開發、制造的耐腐蝕特殊不銹鋼的成分,其中大多數是把歐洲開發的鋼種通過在日本化學成套設備上的使用、改良后獲得的,特別是高Cr-高Ni-Mo-Cu鋼和Cr-Ni-高Mo鋼被認為是日本的生產廠商把在德國用于化學成套設備上的不銹鋼改良成日本國內用鋼后獲得的。此外,表3.3中把鉻降低到10%左右的鋼種,是作為耐鹽酸不銹鋼被制造的,但是由于最初其耐鹽酸性還不是十分充分,所以并未被大規模利用。針對這個耐鹽酸性問題,除了非金屬材料以外,作為金屬材料使用了 Hastelloy B(Ni-30Mo)、Hastelloy C(Ni-16Cr-16Mo)等鎳合金,此后也使用了鉭和鋯。
對于上述不銹鋼難以抵抗的環境,作為針對非氧化性酸的金屬材料,人們使用鎳合金,Illium(Cr20%以上,含多量 Mo、Cu的Ni合金)以及 Hastelloy B(Ni-30Mo)、Hastelloy C(Ni-16Cr-16Mo)等,這些也是國外開發又在20世紀60年代初之前被日本國產化了的。此后,又開發、制造了一系列日本版鋼材,如把美國開發的Carpenter 20合金的鎳含量控制在33%~35%,針對高溫硫酸改善了耐腐蝕性的不銹鋼(Carpenter 20Cb-3)以及含鎳較多的 Incoloy 825(20Cr-40Ni-3Mo-2Cu當時被稱做Nionel)等。可是,不怎么增加鎳量,而是通過增加鉻的含量來提高耐腐蝕性的鋼,如25Cr-30Ni-5Mo-1.4Cu(STC85A)8]、20Cr-40Ni-12Mo(NARLOY-3)分別于1964年和1967年在日本國內被開發。前者與Car-penter 20相比,含有較多的鉻而Mo、Cu較少,具有更強的耐硫酸性;后者是將Hastelloy C的鎳含量減少的合金,通過提高鉻含量,在含有氧化酸以及氧化劑的非氧化酸環境中,可以發揮出優于Hastelloy C的耐腐蝕性。
另外,為(wei)了(le)節約(yue)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)鎳含量,由奧氏體(ti)和鐵素體(ti)兩相(xiang)所(suo)組成的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),在(zai)20世紀(ji)30年(nian)代,作為(wei)耐(nai)(nai)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)被(bei)(bei)(bei)歐洲開(kai)發(fa)出來,美國(guo)也投入(ru)了(le)生產,不(bu)(bu)過由于(yu)在(zai)制造上(shang)存在(zai)一定的(de)困難,所(suo)以主要(yao)作為(wei)鑄(zhu)件(jian)被(bei)(bei)(bei)使用(yong),在(zai)各國(guo)也被(bei)(bei)(bei)標準化(hua)(hua)(hua)。日本(ben)也于(yu)1950年(nian)左右制造出相(xiang)當于(yu)美國(guo)AISI329的(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)鑄(zhu)件(jian),雖然它可(ke)(ke)以替代316不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)且可(ke)(ke)節鎳的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)十分(fen)引人關注(zhu),也被(bei)(bei)(bei)用(yong)于(yu)化(hua)(hua)(hua)學(xue)工業,但是(shi)(shi)由于(yu)其焊接(jie)部(bu)(bu)位(wei)存在(zai)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)和韌(ren)性(xing)的(de)問題,是(shi)(shi)其用(yong)途被(bei)(bei)(bei)縮小(xiao)。此后(hou)人們清楚(chu)了(le)鎳鉻(ge)硅錳鉬(mu)等元素影響(xiang)鑄(zhu)件(jian)對硫酸的(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing),而鎳鉬(mu)鉻(ge)會影響(xiang)板材耐(nai)(nai)硫酸性(xing)。隨(sui)后(hou)開(kai)發(fa)通過低碳化(hua)(hua)(hua)和添加氮(dan)來改善(shan)焊接(jie)部(bu)(bu)分(fen)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)和韌(ren)性(xing)的(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)25Cr-5Ni-1.5Mo-N鋼(gang)(gang)(NTKR-4)并于(yu)1969年(nian)其板材投入(ru)工業性(xing)生產,這種鋼(gang)(gang)被(bei)(bei)(bei)作為(wei)SUS321J1,在(zai)1972年(nian)被(bei)(bei)(bei)JIS所(suo)采用(yong)。
伴隨著各個(ge)領域的(de)(de)(de)飛速發(fa)展,環境(jing)污染(ran)問題產生了(le),1963年(nian)(nian)日本制(zhi)定了(le)防止大(da)氣污染(ran)法(fa)和(he)(he)防止水質污染(ran)法(fa)。針對環境(jing)負荷的(de)(de)(de)規定嚴(yan)格起來(lai),所以(yi)(yi)1965年(nian)(nian)以(yi)(yi)后,對用(yong)于(yu)處理這(zhe)些問題的(de)(de)(de)機器,特(te)別(bie)(bie)是(shi)(shi)用(yong)于(yu)排煙(yan)脫硫(liu)設(she)備和(he)(he)汽車排氣系統的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)展開了(le)研究,并投入使用(yong)。對排脫硫(liu)設(she)備的(de)(de)(de)研究設(she)計制(zhi)造始于(yu)1968年(nian)(nian)左(zuo)右,并迅(xun)速擴展到各工業領域。到1976年(nian)(nian)為止,日本國內次類設(she)備的(de)(de)(de)數(shu)達到大(da)約1100套。此(ci)后雖然數(shu)量(liang)緩(huan)慢下降,可是(shi)(shi)處理能(neng)力(li)卻(que)獲得了(le)實在(zai)的(de)(de)(de)提(ti)高。排煙(yan)脫硫(liu)方(fang)式(shi)(shi)(shi)有(you)濕式(shi)(shi)(shi)和(he)(he)干式(shi)(shi)(shi)兩種(zhong),濕式(shi)(shi)(shi)法(fa)為主(zhu)流,但是(shi)(shi)優雅暴露在(zai)包含氯離(li)子(zi)的(de)(de)(de)嚴(yan)酷環境(jing)中(zhong),而這(zhe)種(zhong)氯離(li)子(zi)又是(shi)(shi)從硫(liu)酸、亞(ya)硫(liu)酸以(yi)(yi)及煤氣中(zhong)散(san)發(fa)出的(de)(de)(de),所有(you)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)被(bei)大(da)量(liang)采(cai)(cai)用(yong)。在(zai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)形態方(fang)面,有(you)全面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、間(jian)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)以(yi)(yi)及應力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),甚至侵蝕(shi)(shi)與腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)這(zhe)些都成為很大(da)的(de)(de)(de)問題。被(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)特(te)別(bie)(bie)嚴(yan)重的(de)(de)(de)設(she)備是(shi)(shi)冷(leng)卻(que)塔(ta)、吸收塔(ta)等,在(zai)PH為中(zhong)性以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)個(ge)別(bie)(bie)地方(fang)會采(cai)(cai)用(yong)304或304L不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),在(zai)更為接近酸性的(de)(de)(de)環境(jing)中(zhong)采(cai)(cai)用(yong)316L不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),此(ci)外(wai)317L和(he)(he)雙(shuang)相不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)多用(yong)于(yu)當時利用(yong)威(wei)耳曼法(fa)建設(she)的(de)(de)(de)排煙(yan)脫硫(liu)設(she)備,這(zhe)種(zhong)雙(shuang)相不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)也于(yu)1972年(nian)(nian)作為SUS329J1被(bei)規定于(yu)JIS標準中(zhong)。
1970年以后,作(zuo)為(wei)(wei)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)合金元素,氮(dan)的(de)(de)(de)效果受到矚目。作(zuo)為(wei)(wei)添加了(le)氮(dan)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang),20世紀70年代前半期開發了(le)21Cr-12Ni2-2.5Cu-0.2N鋼(gang)(NAS124L)以及25Cr-13Ni-0.7Mo-0.3N鋼(gang)(YUS170)。為(wei)(wei)了(le)節約鉬(mu),這些(xie)鋼(gang)在(zai)(zai)增(zeng)加鉻含(han)量的(de)(de)(de)同時,添加了(le)奧氏體(ti)生產元素氮(dan),目的(de)(de)(de)是(shi)替代鎳并提高(gao)(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性。其耐(nai)(nai)(nai)酸性也(ye)(ye)優(you)于SUS316不(bu)銹鋼(gang)管,特(te)別是(shi)排煙脫(tuo)硫設(she)備的(de)(de)(de)洗滌塔那樣的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)不(bu)純(chun)物質(zhi)氯化物的(de)(de)(de)環境中(zhong),比(bi)SUS329J1更為(wei)(wei)優(you)越,所(suo)(suo)以也(ye)(ye)有一(yi)些(xie)成(cheng)套設(she)備使用(yong)(yong)這些(xie)鋼(gang)。在(zai)(zai)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)也(ye)(ye)是(shi)如此,在(zai)(zai)帶(dai)材生產過程中(zhong)造成(cheng)一(yi)定問題的(de)(de)(de)熱加工性已經(jing)改善,鉬(mu)含(han)量多于SUS329J1,進一(yi)步提高(gao)(gao)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)2205不(bu)銹鋼(gang),以及瑞(rui)典開發的(de)(de)(de)S32205在(zai)(zai)日(ri)本(ben)均實現了(le)國產化。這些(xie)鋼(gang)不(bu)僅耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性強,而且耐(nai)(nai)(nai)酸性也(ye)(ye)十分出眾(zhong),所(suo)(suo)以被廣泛利用(yong)(yong),1984年作(zuo)為(wei)(wei)SUS329J2L被規定在(zai)(zai)JIS標準中(zhong)。
1979年鉬原料(liao)價(jia)格(ge)的(de)(de)(de)暴漲,以此為契機,節省鉬的(de)(de)(de)特殊鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)開(kai)(kai)發十分(fen)盛行。作為耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)性(xing)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),1980年開(kai)(kai)發了(le)(le)(le)(le)增(zeng)加(jia)了(le)(le)(le)(le)硅(gui)、銅的(de)(de)(de)含量,對硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)、磷(lin)酸(suan)、醋酸(suan)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)性(xing)優于SUS316不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。另外,開(kai)(kai)發了(le)(le)(le)(le)增(zeng)加(jia)銅、鉬的(de)(de)(de)含量,不提高(gao)鎳含量的(de)(de)(de)經濟(ji)性(xing)耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)YUS260和NAS115N。這(zhe)些鋼(gang)(gang)比(bi)Carpenter20等到(dao)(dao)現(xian)在(zai)(zai)為止的(de)(de)(de)高(gao)鎳耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)更(geng)為廉價(jia),特別是(shi)在(zai)(zai)煙囪中遇到(dao)(dao)的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)露點腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)情況(kuang)下具有較強耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)性(xing)。最近(jin),作為能夠抵抗高(gao)溫高(gao)濃度硫(liu)(liu)(liu)酸(suan),制造(zao)、焊接加(jia)工都比(bi)較容易的(de)(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),還開(kai)(kai)發了(le)(le)(le)(le)含有高(gao)硅(gui)、添(tian)加(jia)鈀的(de)(de)(de)NAC6SI不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。我(wo)們(men)期待能開(kai)(kai)發出這(zhe)樣(yang)一種用(yong)于硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)成套設備(bei)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),即在(zai)(zai)100℃的(de)(de)(de)98-99%粗制硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)流動的(de)(de)(de)管道(dao)以及即使在(zai)(zai)加(jia)熱到(dao)(dao)200℃時(shi)也具有耐(nai)(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)性(xing),能代替耐(nai)(nai)(nai)酸(suan)磚和高(gao)鉻鑄鐵。
1976年瑞典開發了(le)高鉬(mu)且添加了(le)氮的(de)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)20Cr-18Ni-6Mo-0.2N鋼(gang)及(ji)254SMO不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan),這種鋼(gang)在(zai)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,屬于耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)性十分優越的(de)鋼(gang)種,代替(ti)了(le)從前的(de)鎳合金,在(zai)多種環境中均可(ke)使用。所以日本各個(ge)公(gong)司都在(zai)開發類似的(de)鋼(gang)種或者改(gai)良(liang)的(de)鋼(gang)種,1991年修正JIS標(biao)準時作(zuo)為(wei)SUS317J4L(以后(hou)改(gai)稱為(wei)SUS836L不(bu)銹(xiu)鋼(gang))被(bei)標(biao)準化(hua)。由于腐蝕(shi)(shi)性過于強(qiang)烈到現(xian)在(zai)為(wei)止一(yi)(yi)直使用Hastelloy C等鎳基耐(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)合金或鈦的(de)設(she)備,是(shi)這種鋼(gang)的(de)使用對象,作(zuo)為(wei)廉價的(de)材(cai)料,其(qi)適用領域有可(ke)能進一(yi)(yi)步擴展,也可(ke)用于漂白(bai)工序或發生鹽酸露點(dian)腐蝕(shi)(shi)的(de)地(di)方。
表3.4 中列舉了如(ru)今日本各公司生產的主要耐(nai)腐(fu)蝕奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼。