不锈钢在化工应用中的几个问题沈莹光化学工业在国民经济中占有很重要的地位，其发展水平己成为衡量经济实力和技术水平的重要标志之一，人们的衣、食、住、行均离不了化工产品。在我国经过了最近二十多年来的发展已具有相当规模和基础。在“十一五计划”期间事关农业发展的化肥、农药等仍要有大的发展，但化学工业面临产品结构新的调整，工程塑料、涂料及各类精细化工产品将成为新的发展重点。这些产品生产的特点是产品质量的高标准和生产装置的大型化、高效化（加压和高温），因而化工装置中不锈钢的应用更为广泛，而且根据生产系统的特点提出了不同的技术要求。农用化肥仍将有人发展，于近年工业及基础设置的大发展，我国的耕地面积有所减少，我国人均耕地面条相对很小，耍以世界９％可耕地面积来养活２３％的世界人口是一个是严重的问题，据最近资料介绍２００６年化肥产量比上年同期增长２３．６％。化肥中的Ｎ：Ｐ：Ｋ＝Ｉ：０．４：０．３，氮肥将重点发展尿素。最近三个月中，国际尿素价格从２２０美元／吨涨到３６２美元／吨．可说明其紧缺状况，工程塑料中的聚碳酸酯生产装置为了不允许有铁离子的污染，整生产系统均采用３１６Ｌ不锈钢。下文将就不锈钢在尿素和工程塑料生产装置应用中存在的问题作进一步探讨：（１）尿素生产用不锈钢尿素是一种高效氮肥（含氮量为４６．６５％）。按含氮量来比，尿素是铵的１３倍。硫酸铵的３．２倍，碳酸氢铵的２．６倍。从上世纪八十年代起我国引进了很多具有国际先进水来的大型合成氨和尿素生产装置，在掌握各种先进技术的基础上，再加上吸纳国内自行开发的技术，融汇成大型尿素生产装置的能耗水平赶上了国际同类装置的先进水平，但我国大茸的中小型尿素装置的能耗水平为大型装置的４～５倍，如大型装置用电仅为３０度／吨尿素．而小型装置达１６０度／吨尿素．囚而在“十一五计划”期问均要对小型厂进行节能扩产改造，２０１０年前有４００万吨／年尿素装置的扩建规模，同时一些引进的大型尿素装置在使用３０年后也要进行设备的更新和技术改进。每新建一套大型尿素装置大约需要不锈钢～３２０吨，其中ＯＯＣｒ２５Ｎｉ２２Ｍｏ约６０吨，其余为３１６Ｌ（尿素级）￣２６０吨。由于尿素生产装置中的介质是尿素及其中间产物（氨基甲酸铵）。在高温（１００～２０００ｃ）及高压（１０－－１１ＭＰａ）下操作，其腐蚀性非常强烈，高压下操作更为危险，因而对尿素用不锈钢提出了如下严格的附加要求：（ａ）对ＯＯＣｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍ０２（ｉ）化学成份：Ｃ≤０．０３％，Ｃｒ≥１７％，Ｎｉ≥１３％，Ｍｏ≥２．２％（ｉｉ）铁素体含量≤０．６％（ｉｉｉ）休氏（Ｈｕｅｙ）晶间腐蚀倾向检验，５个周期的平均腐蚀率４３．３“ｍ／４８小时（ｉｖ）选择性腐蚀检验，选择性腐蚀深度，垂直于轧制或锻造方向的最人深度４７０／．ｔＩＩＩ，平行于轧制和锻造方向的最大深度≤２００上ｆｎｌ。（ｂ）００Ｃｒ２５Ｎｉ２２Ｍ０２Ｎ是尿素装置中用于ＣＯ。或ＮＨ。汽提塔的列管材质，是尿素装置中腐蚀最为严重的部位，由于设备在２００。ｃ和１６ＭＰａ条件下操作。因而在化学成份和机械性能上均有严格的附加要求：（ｉ）化学成份：Ｃ≤０．０２％，Ｃｒ＝２４．５，．－２５．５％，Ｎｉ＝２１．５－２２．５％Ｍｏ＝１．９－２．３％，Ｐ≤０．０２０％，Ｎ＝０．１０加．１４％，Ｍｎ＝１．５—２．０％Ｓ≤０．０】５％，Ｓｉ≤０．４０％（ｉｉ）铁素体含量４０，６％（ｉｉｉ）休氏（Ｈｕｅｙ）晶间腐蚀倾向检验，５个周期的平均腐蚀率≤１．５“ｍ／４８小时（ｉｖ）力学性能：２０。ｃ时，５ｂ，＞５３０Ｎ／ｍｍ２，５０．２≥２５５Ｎ／ｍ一，６５＞／３０％２３０。Ｃ时．５０ｚ≥２０６Ｎ／ｍｍ２（ｖ）选择性腐蚀检验任何方向的最大选择性腐蚀深度一＜ｉ００Ⅳｍ（２）９０４Ｌ不锈钢９０４Ｌ不锈钢是二十世纪７０年代开发的一种超级奥氏体不锈钢，该钢的含ｃ≤０．０２％，对冶炼技术要求很高，因而只有在７０年代初氩一氧脱碳精炼技术（ＡＯＤ）得到应片ｊ和推广后才开发出来并在工程中得到应用。９０４Ｌ具有良好的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力；有很高的抗应力腐蚀破裂的能力：良好的抗晶间腐蚀的能力；良好的可加工性和可焊性。该钢适用丁稀硫酸，磷酸和多种１混合酸。由于该钢的价格昂贵（一是３１６Ｌ的１．５倍），故在设计中如何正确选用相应的许用应力是一个很重要的问题，在ＧＢｌ５０．１９９８表４－１一表４－３中没有推荐９０４Ｌ的许用应力值；而按ＧＢｌ５０．１９９８表３－１的规定，对岗台金钢的许用应用值取［５］Ｌ＝５ｂ／３．０或［５］＝５０．２／１．５，取两值中的较小值。但对奥氏体高合金钢的受压元件。当设计温度力低于蠕变温度，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应力值至ｏ．９５ｔｏ２，但不超过５０ｎ５，按此规定就得到了表４－１中所规定的高、低两种许用应力值，现就ＯＣｒｌ８Ｎｉｌ２Ｍ０２Ｔｉ（或ＯＣｒｌ７Ｎｉｌ２Ｍ０２）的许用应力值概述如下设计温度０ｃ［５］Ｌ低许用应力值Ｍｐａ５０２２０１３７２０５１３７１．５１００１１７１７５１３７１．２７１５０１０７１６１１３７１．１７５２００９９１４９１３４１．１１２２５０９３１３９１２５１．１１２３００８７１３１１１８１．１１１Ｍｐａ［５］Ｈ高许用应力值Ｍｐａ［５］Ｈ的实际安全系数ＷＳ在用奥氏体不锈钢制造的压力容器设计中，几乎都采用Ｙ［５］Ｈ来作为许用应力，并具有足够的安全性，因而用实际的安全系数ｎ’ｓ以求取同类超级奥氏体不锈钢９０４Ｌ的许用应力值是【６］Ｈ合理的。９０４Ｌ（ＤＩＮ１．４５３９）设计温度［５］Ｌ５０２０ｃＭｐａＭｐａＭｐａ％２０１６０２４０１６０１００１３７２０５１６０１６．７１５０１２７１９０１６０２０．６２００１１７１７５１５７３４．２２５０１０７１６０１４３３３．６３００９７１４５１３１３５［５］Ｈ“６］Ｈ－［５］Ｌ）／［５］Ｌ无变化结论：在一般设计温度为２０００ｃ时，当压力容器的壁厚由强度计算控制时，可节约材料费用一３４％，故采用高许用应力值有很高的经济价值。（３）３０４、３１６型不锈钢可按双牌号不锈钢进行设计和生产什么叫双牌号不锈钢？即３０４Ｌ改为３０４Ｌ／３０４，３１６Ｌ改为３１６Ｌ／３１６，也就是化学成份符合３０４Ｌ和３１６Ｌ，而力学性能可按３０４和３１６来选取。在ＧＢｌ５０—１９９８表４－１中３０４Ｌ，３０４，３１６Ｌ，３１６各有不同的许用应力值，但近年来由于不锈钢冶炼技术的进展，超低碳不锈钢的力学性能已有了很大的提高，数年前瑞典Ａｖｅｓｔａ公司已将３０４Ｌ以双牌号不锈钢３０４Ｌ／３０４供应钢材市场，其价格按３０４Ｌ来计算。二年前通过收集和整理国内外各不锈钢厂生产的３１６Ｌ的质量证明书，无一例外地发现：大部份３１６Ｌ的含碳量均≤０．０２５％。６０．２均高３１６Ｌ的标准值，也高于３１６的标准值，因而对３０４和３１６型奥氏体不锈钢采用双牌号在技术是可行的，经济上更是合理的。现将有关数据列于下表，以便对照：牌号Ｃ０９６５ｂＭｐａ５０．２Ｍｐａ６５％［５］Ｍｐａ２０００Ｃ３１６Ｌ（标准值）≤０．０３４８５１７０４０１０８（ＯＯＣｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍ０２）３１６Ｌ（实际值）（ｉ）０．０１８６３０３６９４５完全可按（００Ｃｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍ０２）（ｉｉ）０．０２２５９５３６２５６ＧＢｌ５０—１９９８（ｉｉｉ）０．０１６６００３５２４７表４－１规定（ｉｖ）０．０２５５９７２７２５３３１６Ｌ的［５］（Ｖ）Ｏ．０３５３５２８１４９值＝１３４Ｍｐａ（ｖｉ）０．０２４６０５２７８５６３１６（标准值）≤０．０８５１５２０５４０１３４（ＯＣｒｌ７Ｎｉｌ２Ｍ０２）结论：对于由强度计算决定壁厚的压力容器具有下列节约效果３０４Ｌ／３０４比原来按３０４Ｌ的标准［５］值计算的壁厚减薄１８％压力容器价格降低～１０％。３１６ＬＤｌ６比原来按３１６Ｌ的标准【６】值计算的壁厚减薄２４％压力容器价格降低一１５％。（４）如何提高不锈钢的强度问题随着化学工业的进一步发展常用奥氏体不锈钢的需求量越来越大，但其昂贵的价格和较低的力学性能制约了该类压力容器经济效益的提高，如何提高（ＧＢ）标准中不锈钢的力学性能是一个很迫切、须要解决的问题，下文通过对国内外常用３１６型不锈钢化学成份和力学性能的对比来寻找解决的途径。（ｉ）化学成份：％牌号ＤｒＮ１．４４０ｌ／ＣＳｉＭｎ≤２．０ＰＳＣｒ１６．５－１８．５ＮｊＭｏ其它ＮＯ．１ｌ≤≤０．００７≤１．０≤０．０４５≤０．０１５１０．¨１３．０２¨２．５Ｘ５ＣｉＮｉＭＯ１７．１２．２ＡＳＭＥ３１６≤０，００８≤０．７５≤２．０≤０．０４５≤０．０３０１６．０～１８．０１６．０～１８．０１６．５－１８．５１０．０－－１４．Ｏ１０．０～１４．Ｏ１０．０－－１３．０２０～３０２．０－－－３０Ｎ≤Ｏ．１ＧＢｏｏＣｒｌ７Ｎｉ≤０．０８≤１０≤２．０≤０．０３５≤０．０３０≤０．０１５１２Ｍ０２ＤＩＮ１．４４０４／≤Ｏ．０３≤１．０≤２．Ｏ≤０．０４５２肛２．５Ｎ０．１１≤Ｘ２ＣｒＮｉＭＯ１７．１２．２ＡＳＭＥ３１６Ｌ≤０．０３≤０．７５≤２．０≤０．０４５≤０．０３０≤０．０３０≤Ｏ．０１５１６．０－１８０１６．０～１８．０１６．５－１８．５１０．０～１４．０１２．Ｏ～１４．０１０．５－１３．５２．０－３Ｏ２０～３Ｏ２０～２．５Ｎ０．１０≤ＧＢｏｏＣｒｌ７Ｎｉ≤０．０３≤１．０≤２．０≤０．０３５１４Ｍ０２ＤＩＮ１．４５７Ｉ／≤０．０８≤１．０≤２．０≤０．０４５Ｔｉ＝５ＸＣ≤Ｏ．７Ｘ６ＣｒＮｉＭＯ”１７．１２．２ＡＳＭＥ３１６Ｔｉ≤０．０８≤０．７５≤２．０≤０．０４５≤０．０３０１６．０～１８．０１０．０－－１４．０２．０—３０Ｎ０．１０≤Ｔｉ＝５ＸＣ≤Ｏ．７ＧＢＯＯＣｒｌ８Ｎｉ≤０．０８≤１．０≤２．０≤０．０３５≤０．０３０１６．０～１９０１１．叽１４．Ｏｌ８～２５Ｔｉ＝５ＸＣ≤Ｏ．７１２Ｍ０２Ｔｉｆｉｉ）力学性能牌号Ｄ附ＡＳＭＥＧＢＤｒＮ５０．２２００ｃ６０．２２０００ｃ６ｂ２００ｃＭｐａ６５％Ｍｐａ１．４４０ｌ／ｘ５ＣｒＮｉＭ０１７．１２．２３１６≥２１０≥２０５≥２０５Ｍｐａ≥１４７５３０—６８０≥４０≥４０≥４０≥４０≥４０≥４０≥４０≥４０≥３７≥５１５≥１４９ＯｏＣｒｌ７Ｎｊｌ２Ｍ０２１．４４０１／ｘ２ＣｒＮｉＭｏｌ７－１２．２３１６≥５２０５３０—６８０≥２４０≥１７０≥１７７≥２４０≥２０５≥２０５≥１３７ＡＳＭＥＧＢＤＩＮ≥４８５≥１２０ＯＯＣｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍ０２１．４５７１／ｘ６ＣｒＮｉＭＯＴｉｌ７—１２．２３１６Ｔｉ≥４８０５４０～６９０≥１６７ＡＳＭＥＧＢ≥５１５≥１４９≥５３０ＯＯＣｒｌ８Ｎｉｌ２Ｍ０２Ｔｉ从上述两张对照表中可得到下列改进途径：（ａ）在不锈钢压力容器设计中，２０００Ｃ时的５０２作为许用应力计算的基础，但在Ｃ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ元素相同的情况下，ＧＢ标准中的力学性能一般均低于ＤＩＮ标准，这是ＧＢ４２３７．９２采用了上世纪八十年代的技术指标．而近年来我国新建设的一些不锈钢生产装置均具有当今世界先进的技术水平。致使实际产品的力学性能数据一般均高于标准值６％，因而若不对标准值作出相应变更是一个很大的浪费。（ｂ）在ＤＩＮ和ＡＳＭＥ标准中均以Ｎ作为强化元素，使不锈钢的耐腐蚀性能和力学性能均得到很大的提高，从ＰＲＥ值（耐点腐蚀能力当量）中可以看出Ｎ元素的耐蚀能力是ｃｒ的１６倍，Ｍｏ的５倍，在尿素级不锈钢中也采取了增加Ｎ含量，以提高耐蚀和力学性能，并取得了很好的效果。但在我国ＧＢ标准中对３１６Ｌ（００Ｃｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍ０２）却以提高Ｎｉ含量（下限由１０％增至１２％）这是不可取的，因为Ｎｉ的资源比较紧缺，减少使用才是上策．（ｃ）ＤＩＮＩ．４５７１／Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７－１２－２是将含Ｃ量控制在≤０．０８％，并提高ｃｒ，Ｎｉ元素的下限０．５％，作为力学性能的强化元素，再添加≤０．７％Ｔｉ作为稳定化元素以提高焊缝区的耐腐蚀性能。该不锈钢具有一定的耐蚀性能，但力学性能得到了很大的提高，２０００Ｃ的５０．２比３１６Ｌ（００Ｃｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍ０２）提高了一４０％，因而广泛应用于介质的腐蚀性不太强．但设计压力和设备直径较大的场合。故在工程塑料和精细化工产品的大型生产装置中得到了广泛的使用。
