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化工企业常用不锈钢材料 广汇新能源公司张一 化工设备分动设备和静设备二大类 其中静设备主要有压力容器 塔器 反应器 换热器 管道 阀门和法兰等组成 这些设备中许多都长期处于腐蚀介质甚至高温高压中运行 工作条件恶劣 所以 制造这些设备的材料要求耐腐蚀 耐压 耐高温 低温 优选的是不锈钢材料 一 不锈钢的定义在自然环境或一定工业介质中具有良好耐腐蚀性能的钢为不锈钢 其中对强腐蚀介质具有抗蚀能力的又称耐酸钢 通常用钢中含Cr量来区别 即钢中WCr 12 为不锈钢 如 1Cr13 2Cr13 0Cr18Ni9 304 00Cr17Ni14Mo2 316L 等 二 不锈钢的性能要求及成分特点不锈钢的性能要求主要是耐蚀性 同时对用于制造机器零件 结构件的不锈钢 还应具有一定高的强度和良好的加工性 如冷成型 焊接和热处理性能等 成分特点 1 含碳质量范围wc 0 02 0 95 从耐蚀性考虑 含碳量愈低愈好 可避免生成碳化物Cr23C6和 Cr Te 23C6 提高基体电极电位 增加耐蚀性 但从提高强度和硬度考虑 又要提高含碳量 以形成马氏体和特殊碳化物 所以 只能按用途来确定 2 合金元素的含量范围 主要有Cr Ni MoAl Si Ti等 总量为12 38 其中关键 为wcr 12 这是因为钢的腐蚀主要是电化学腐蚀 当钢中的含铬量 12 时 钢中铁素体的电极电位由 0 56v升为 0 12v 钢由活化状态转化为钝化状态 从而具备了良好的耐蚀性 而其他合金元素的加入是为了更好提高耐蚀性和改善其他机械性能 三 常用不锈钢分类不锈钢按正火组织可分为5类1 奥氏体型不锈钢 最为常用 成分特点 较低的碳wc 0 12 较高的铬wCr 17 25 较高的镍wNi 8 29 由于镍的加入扩大了奥氏体区域 使钢在热处理后可得到单一的奥氏体组织 而铬的增加 使电极电位提高 并在钢的表面形成致密的钝化膜 从而提高耐蚀性 性能特点 除了耐蚀性外 还有较高的塑性 低温韧性 加工硬化能力和良好的焊接性能 使用温度范围在 196 700 典型的代表产品有 0Cr18Ni9 304 18 8型 00Cr19Ni10 304L 0Cr17Ni12Mo2 316 00Cr17Ni14Mo2 316L 等 常用热处理方法 固溶处理 即加热到1100 后进行空冷或水冷 目的是获得单一的奥氏体组织 避免碳化物的生成 主要缺点 易产生晶间腐蚀 即沿金属晶粒边界析出Cr23C6 造成贫铬区 电位降低 发生腐蚀 解决方案为 a 添加Ti或Nb 使之优先生成TiC或NbC 避免形成Cr23C6 b 降低含碳量 c 进行固溶热处理 2 马氏体型不锈钢代表产品有 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 9Cr18成分特点 较高的含碳量Wc 0 1 0 95 较低的含铬量Wcr 12 18 性能特点 由于合金元素单一 故只能在氧化介质中 如大气 水蒸气 海水 氧化性酸等 有较好的耐蚀性 但是 这类钢的强度 硬度 耐磨性及切削加工性较好 热处理特点及用途 仅锻造后空冷便可获得马氏体组织 对于1Cr13 2Cr13 可进行调质处理得到回火索氏体 常用作不锈钢螺栓 不锈钢阀体 耐酸泵轴 汽轮机叶片等 3Cr13 4Cr13 9Cr18可以采用淬火 低温回火 得到回火马氏体 硬度可达HRC50以上 用于制造阀芯 刃具 医疗器械等 9Cr18还可作为耐蚀滚动轴承 3 铁素体型不锈钢代表产品有 0Cr13 1Cr17 1Cr28等 成分特点 Wc 0 15 Wcr 12 30 性能特点 这类钢的耐蚀性 塑性 焊接性均优于马氏体不锈钢 但强度偏低 热处理特点及用途 热处理不发生相变 淬火不起作用 只能做去应力退火 主要用于对力学性能要求不高而对耐腐蚀性较高的结构件 如 硝酸吸收塔塔体 硝酸换热器 低压输送酸管道等 4 奥氏体 铁素体型不锈钢 双相不锈钢 代表产品 1Cr21Ni5Ti 1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N0Cr26Ni5Mo2 00Cr18Ni5Mo3Si2S31803 美 俗称2205 MM 4 日 成分特点 在18 8型奥氏体不锈钢的基础上调整Cr Ni 的含量 节镍型 并加入适量的Mn Mo W Cu N等 形成双相不锈钢 性能特点 兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特性 它保留了铁素体不锈钢导热系数大 线膨胀系数小 耐点蚀 耐缝隙腐蚀及耐氯化物应力腐蚀的特点 又具有奥氏体不锈钢韧性好 脆性转变温度较低 抗晶间腐蚀 力学性能和焊接性能好的优点 特别是屈服强度比奥氏体不锈钢高一倍 热处理特点及用途 通常采用950 1100 淬火韧化处理 使之获得60v 左右的铁素体双相组织 适用于耐点蚀 耐氯离子应力腐蚀环境 耐蚀泵及管道等 如 甲醇精馏泵的耐磨口环PH50 1Cr26Ni6 硝酸磷料浆泵MM 4 00Cr25Ni6Mo2 美国 329L 合成氨装置中的甲醇塔 00Cr22Ni5Mo3N 2205 甲醇合成塔中的合成反应器 2205 5 沉淀硬化型不锈钢代表产品 0Cr17Ni4Cu4Nb0Cr17Ni7Al0Cr15Ni7Mo2Al成分特点 在18 8钢的基础上降低了Ni的含量 加入了Al Cu Mo Nb等元素 性能特点 可以在低硬度条件下进行加工 成型后进行人工时效 沉淀 硬化 硬度可达HRC43热处理特点及用途 先进行固溶处理 获得较低硬度的单相奥氏体组织 进行加工成型 冷轧 冲压 焊接等 然后再加热至750 760 空冷得到奥氏体 马氏体组织 最后进行560 570 的时效沉淀硬化 适用于作形状复杂 高强度 高硬度而又耐腐蚀的化工设备 零件 如 汽轮机部件 高速离心机转鼓 高强度轴 弹簧 导弹壳体等