化工耐蝕新金屬材料開發應用

林宏斌

（常州佳伍德環保設備有限公司，江蘇 常州 213032）

化工耐蝕新金屬材料開發應用

林宏斌

（常州佳伍德環保設備有限公司，江蘇 常州 213032）

滿足高要求的新型材料不僅為石油化工、空間技術及海洋開發等帶來了較高利益及便捷，同時也推進了技術的革新發展進程。文章對耐蝕新金屬材料目前的研制成果做簡要分析并提出建議，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研制

1.1 新型耐蝕合金

（1）節能型合金的開發應用。為了研制出少含或不含希貴元素的合金材料，主要開發研制少含cr、Ni元素的不銹鋼。國外對無鉻不銹鋼材料的研究已經有很長一段時間并遲遲沒有突破。近年來廣大學者對來Fe—A1—Mn體系的研究再次掀起熱潮。Mn30All0型鋼是目前新開發出來的一種具有較好耐蝕性能的材料并且具有極高的實用性。早期在研究r—Mn—N系不銹鋼時已經考慮到節Ni的因素。含N雙相不銹鋼的某些性能已經超過304不銹鋼，例如近期南非開發出來的高錳雙相不銹鋼。近期日本研發出Cr15NiJ·5Mo型不銹鋼能夠用于3000～5000m的酸性油氣井，具有較高的實用價值并且能夠替代雙相鋼。通過利用Mo、Nb及Cu進行復合能夠提高鋼的耐蝕性并提高鈍化能力，新日鐵開發的YUS220耐蝕鐵素體鋼就是很好的例證。

由于節約型鋼種具有較高的經濟性并且能夠有效節約資源，我國對其的開發研究一直十分重視。目前已經研制出Fe—Mm—Al—Cr—Si系鋼，這種鋼材料不僅具有較高的實用價值同時有較好的耐熱及耐海水腐蝕性能。在不斷研究下發現通過加入Cu、Mo進行鍛造的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能力并已經成為長期發展的重點。

（2）高性能合金的開發應用。現代工業不斷發展的進程對新材料的大量需求使得高性能合金材料作為新型合金發展的重要方向之一。當前，高合金化是高耐蝕能力材料的主要發展趨勢。同時針對工業酸介質的大量需求，已開發出耐化工強腐蝕性的耐磷酸UB6合金等新材料。高氮超級不銹鋼的出現是目前奧氏體不銹鋼目前的最新研究成果，其含氮量高達0.4%及以上，并且具有耐蝕性高的優點。

1.2 非晶態合金的開發應用

非晶態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。由于非晶態合金原子的排列長程無序狀態避免了位錯及晶界等缺陷，并且不會受到成分偏析等因素的影響因此具有較好的耐蝕性且機械強度較高。非晶態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出來，使其更具實用性。研制大塊非晶體一直是專家們研究的重要課題。節約型Fe—Al—Mn合金將有可能通過快凝技術實現非晶化，使其耐蝕性能夠達到部分不銹鋼的耐蝕水平。

非晶態合金的研制在20世紀80年代初期有所突破，例如Al—Fe—B非晶態合金就是很好的研究成果。鋁基非晶態合金的作為一類價值較高的新型材料，其比強度極高。含有大量Al的Al—La—Ni合金通過晶華化處理其斷裂強度可達到00MPa，同時在300℃條件下其斷裂強度能夠保持在1000MPa的水平，相較于傳統合金表現已經十分優秀，其耐蝕性及韌性也更加突出。

2 化工耐蝕新金屬材料開發過程中的思考及建議

（1）既要仿制開發，又要注重創新研發。目前在國內，要進行耐蝕鋼的開發基本都是以仿制國外相關的牌號為起點的。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、美國與瑞典等國家的相關鋼號開始。即便是耐蝕低合金鋼的某些鋼號也需要仿制日本、法國的相關鋼號。例如，通過仿制法國的APS10M4a而得到12Cr2AIMoV。我們可以分析國外相關鋼種的化學物理特點，并學習理解其中應用的各類冷熱加工技術與其配套的感應焊接、激光焊接等相關設備的各類制造工藝。再在實驗室里進行詳細試驗測試，并在試驗的過程中不斷地分析改進，最后總結具體數據，以開發出我們自己的耐蝕鋼類型。但是，自主創新卻是更為重要的。

（2）緊跟時代發展步伐。隨著技術的不斷發展，國內研制的部分耐蝕性鋼，例如碳銨用鋼在實際應用過程中基本上已經被淘汰。在尿素的新生產工藝向高壓高溫發展的過程中，其部分設備的部位受到了嚴重的腐蝕，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及催化、焦化分餾塔底設備管線及部件，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，經過上海材料研究所等機構的改進，對12Cr2AIMo鋼進行釩去除，并降低其碳含量，并在此基礎上研制出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。

同時其他石化設備廠也利用降低鋼中碳含量的方式進行去釩，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鋼投入相關石化廠進行使用。通過以上分析可以得出，對老鋼種的成分進行改進并將其精煉，能夠在吸收老鋼種優勢的基礎上進行提高，使其滿足石化生產新時期的高要求。

在開發耐蝕低合金鋼的過程中，曾發現例如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驗為以后開發抗硫酸露點腐蝕用鋼提供了十分重要的參考價值。例如最初采用液體浸鋁擴散法的滲鋁鋼，進過包埋法的開發應用以及通過將其與料漿感應滲鋁等方式，結合對焊接材料的研究及工藝的優化，將其制作成爐管及換熱器等并在大量石化設備廠中得到應用和推廣。

（3）結合舊成果及時進行創新。在我國開始步入改革開放的時代之前，多種由冶金部門研制開發的新型耐蝕材料中的大多數都沒有發揮自己的作用，均半途而廢。例如，由國內實驗室自主研發的A4鋼，自實驗室試驗開始，一直到通過大型設備的試用，均被證明可以代替尿素的功能，18—12Mo鋼被應用在維綸工程的設備中，但是因受到了“文革”的影響，并且被當時的冶煉條件所限制，就導致焊后接縫區組織、表面質量與生產工藝等技術指標都有很多問題。如果適度調整其成分，用先進的VOD、AOD等現代化冶煉技術，隔離排除掉雜質，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業發展并加速研發進程。目前，我國鋼的年產量已經高達三億多噸，在世界范圍內位于第一的位置，同時，鋼材的消耗量在世界總耗量中約占四分之一。在鋼材大需求的當前形勢下，高級不銹鋼的產量及水平卻沒有滿足化工產業的需求及標準，并且需要通過從國外進口普通不銹鋼，這不僅無法帶動國內經濟發展同時也無法實現我國的資源戰略目標。導致這種現象發生的原因是多方面的：①國產耐蝕鋼的產量及品種無法滿足當前化工產業及飛速發展的國民經濟需求，并且其在成套供應方面也遠遠不足；②相較于發達國家的生產力及對耐蝕鋼在質量方面的控制程度，國產的耐蝕鋼還達不到進口鋼材的水平；③部分具有特殊性的耐蝕合金材料國內還沒有達到相應的技術要求；④采用國產合金鋼制造設備的成本高于成套進口的生產裝置，在成本控制上處于劣勢，國外的合金鋼在國內進行加工制造的成本也遠遠高于成套購買進口設備；⑤欽、超級不銹鋼等鋼材料的相較于進口鋼材更為昂貴。

（5）遵循可持續發展觀，兼具經濟性能及科技含量。化工產業在其可持續發展過程中必須對經濟效益、科技含量及資源消耗等問題進行全方面的考慮，以遵循科學的、可持續發展的原則作為發展方向。由于化工企業在選材用材及防腐蝕方面必須嚴格按照設備的各項規范及操作指標等進行操作，因此正確用材、合理選材具有尤為重要的作用。不合理的用材現象不僅會直接導致資源浪費、環境污染等問題，還會導致事故發生。

在選材用材的過程中應從經濟性及技術性兩方面對鋼材的選擇進行綜合考慮，并從宏觀的角度進行分析。相較于不銹鋼，耐蝕低合金鋼具有更高的經濟價值，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，例如節鎳鉻不銹鋼、塑料玻璃鋼等。從技術層面考慮，可以采用鐵素體或雙相不銹鋼有效達到防應力腐蝕破裂的效果。但是在其使用過程中應考慮脆性轉變溫度，可采用低錳高鋁不銹鋼進行防點蝕縫蝕。

3 結語

綜上所述，對鋼材的選擇和使用過程中由于其制造及設計等方面的因素，很多化工廠更愿意通過進口鋼材的方式滿足自身需求。由于國內還未完善耐蝕合金產業，并未能研制出高性能的產品，導致采用鋼材產生的經濟效益外流。因此，從國際競爭的角度考慮，國內應當積極對化工耐蝕新金屬材料進行開發和研究，并且盡快投入使用，加快不銹鋼與耐蝕合金產業的發展進程。對舊企業設備的改造及更新、吸收進口技術設備的優勢仍是當前需要重點研究的課題。在鋼材用材過程中快速實現國產化具有十分重要的現實意義。這意味著國內鋼材的標準應與國際標準統一化，通過不斷提高鋼材的質量及耐蝕性等滿足化工產業、海洋開發等多產業的需求，以期快速推進耐蝕新金屬材料的研發進程并帶來可觀的經濟收益。

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，大學本科，研究方向：垃圾車設計，新材料在垃圾車上的應用。