化工耐蚀新金属材料开发应用

林宏斌

（常州佳伍德环保设备有限公司，江苏 常州 213032）

化工耐蚀新金属材料开发应用

林宏斌

（常州佳伍德环保设备有限公司，江苏 常州 213032）

满足高要求的新型材料不仅为石油化工、空间技术及海洋开发等带来了较高利益及便捷，同时也推进了技术的革新发展进程。文章对耐蚀新金属材料目前的研制成果做简要分析并提出建议，以期为化工耐蚀材料的研制工作提供借鉴意义。

化工；耐腐蚀；新金属材料

1 化工耐蚀新金属材料的开发研制

1.1 新型耐蚀合金

（1）节能型合金的开发应用。为了研制出少含或不含希贵元素的合金材料，主要开发研制少含cr、Ni元素的不锈钢。国外对无铬不锈钢材料的研究已经有很长一段时间并迟迟没有突破。近年来广大学者对来Fe—A1—Mn体系的研究再次掀起热潮。Mn30All0型钢是目前新开发出来的一种具有较好耐蚀性能的材料并且具有极高的实用性。早期在研究r—Mn—N系不锈钢时已经考虑到节Ni的因素。含N双相不锈钢的某些性能已经超过304不锈钢，例如近期南非开发出来的高锰双相不锈钢。近期日本研发出Cr15NiJ·5Mo型不锈钢能够用于3000～5000m的酸性油气井，具有较高的实用价值并且能够替代双相钢。通过利用Mo、Nb及Cu进行复合能够提高钢的耐蚀性并提高钝化能力，新日铁开发的YUS220耐蚀铁素体钢就是很好的例证。

由于节约型钢种具有较高的经济性并且能够有效节约资源，我国对其的开发研究一直十分重视。目前已经研制出Fe—Mm—Al—Cr—Si系钢，这种钢材料不仅具有较高的实用价值同时有较好的耐热及耐海水腐蚀性能。在不断研究下发现通过加入Cu、Mo进行锻造的Cr—Mn—N钢的耐蚀性能力高于304不锈钢，并且含N双相钢具有较高的生产能力并已经成为长期发展的重点。

（2）高性能合金的开发应用。现代工业不断发展的进程对新材料的大量需求使得高性能合金材料作为新型合金发展的重要方向之一。当前，高合金化是高耐蚀能力材料的主要发展趋势。同时针对工业酸介质的大量需求，已开发出耐化工强腐蚀性的耐磷酸UB6合金等新材料。高氮超级不锈钢的出现是目前奥氏体不锈钢目前的最新研究成果，其含氮量高达0.4%及以上，并且具有耐蚀性高的优点。

1.2 非晶态合金的开发应用

非晶态合金材料是由多金属或金属与类金属组成而成的多组元合金，又被称作金属玻璃。由于非晶态合金原子的排列长程无序状态避免了位错及晶界等缺陷，并且不会受到成分偏析等因素的影响因此具有较好的耐蚀性且机械强度较高。非晶态耐蚀合金初期以贵金属作为主要组成部分。随着以Ni、Fe及Co为基的一些列合金材料被不断开发出来，使其更具实用性。研制大块非晶体一直是专家们研究的重要课题。节约型Fe—Al—Mn合金将有可能通过快凝技术实现非晶化，使其耐蚀性能够达到部分不锈钢的耐蚀水平。

非晶态合金的研制在20世纪80年代初期有所突破，例如Al—Fe—B非晶态合金就是很好的研究成果。铝基非晶态合金的作为一类价值较高的新型材料，其比强度极高。含有大量Al的Al—La—Ni合金通过晶华化处理其断裂强度可达到00MPa，同时在300℃条件下其断裂强度能够保持在1000MPa的水平，相较于传统合金表现已经十分优秀，其耐蚀性及韧性也更加突出。

2 化工耐蚀新金属材料开发过程中的思考及建议

（1）既要仿制开发，又要注重创新研发。目前在国内，要进行耐蚀钢的开发基本都是以仿制国外相关的牌号为起点的。无论是尿素、醋酸以及硫酸等，还是钛合金和镍基合金，均是从仿制前苏联、美国与瑞典等国家的相关钢号开始。即便是耐蚀低合金钢的某些钢号也需要仿制日本、法国的相关钢号。例如，通过仿制法国的APS10M4a而得到12Cr2AIMoV。我们可以分析国外相关钢种的化学物理特点，并学习理解其中应用的各类冷热加工技术与其配套的感应焊接、激光焊接等相关设备的各类制造工艺。再在实验室里进行详细试验测试，并在试验的过程中不断地分析改进，最后总结具体数据，以开发出我们自己的耐蚀钢类型。但是，自主创新却是更为重要的。

（2）紧跟时代发展步伐。随着技术的不断发展，国内研制的部分耐蚀性钢，例如碳铵用钢在实际应用过程中基本上已经被淘汰。在尿素的新生产工艺向高压高温发展的过程中，其部分设备的部位受到了严重的腐蚀，需要采用钛材或其他材料。再如，在一些炼油厂中，曾采用12Cr2AIMo钢投入催化吸收解吸系统及催化、焦化分馏塔底设备管线及部件，以该钢替代碳钢明显提高了抗腐蚀能力。但由于其硬度相较于碳钢较高，经过上海材料研究所等机构的改进，对12Cr2AIMo钢进行钒去除，并降低其碳含量，并在此基础上研制出08Cr2AIMo钢，提高了其可制造性能及可焊接性能。近年来，上海、南京及茂名等石化厂大量采用该钢并使用于换热器中，相较于碳钢08Cr2AIMo钢具有更高的抗腐蚀能力。

同时其他石化设备厂也利用降低钢中碳含量的方式进行去钒，并通过增加稀土脱硫等手段提高钢的可焊接性能及物化性能，并最终研制出09Cr2AIMoRe钢投入相关石化厂进行使用。通过以上分析可以得出，对老钢种的成分进行改进并将其精炼，能够在吸收老钢种优势的基础上进行提高，使其满足石化生产新时期的高要求。

在开发耐蚀低合金钢的过程中，曾发现例如09Cu、08WVSn等含有Cu、Sn等元素的抗稀盐酸腐蚀性能较好的钢，其耐蚀性相较于碳钢来说更高。通过借鉴日本Cu—Sb系列耐蚀性钢及以上经验为以后开发抗硫酸露点腐蚀用钢提供了十分重要的参考价值。例如最初采用液体浸铝扩散法的渗铝钢，进过包埋法的开发应用以及通过将其与料浆感应渗铝等方式，结合对焊接材料的研究及工艺的优化，将其制作成炉管及换热器等并在大量石化设备厂中得到应用和推广。

（3）结合旧成果及时进行创新。在我国开始步入改革开放的时代之前，多种由冶金部门研制开发的新型耐蚀材料中的大多数都没有发挥自己的作用，均半途而废。例如，由国内实验室自主研发的A4钢，自实验室试验开始，一直到通过大型设备的试用，均被证明可以代替尿素的功能，18—12Mo钢被应用在维纶工程的设备中，但是因受到了“文革”的影响，并且被当时的冶炼条件所限制，就导致焊后接缝区组织、表面质量与生产工艺等技术指标都有很多问题。如果适度调整其成分，用先进的VOD、AOD等现代化冶炼技术，隔离排除掉杂质，并推陈出新，就可以做出一定的成果。

（4）积极完善耐蚀钢材料的产业发展并加速研发进程。目前，我国钢的年产量已经高达三亿多吨，在世界范围内位于第一的位置，同时，钢材的消耗量在世界总耗量中约占四分之一。在钢材大需求的当前形势下，高级不锈钢的产量及水平却没有满足化工产业的需求及标准，并且需要通过从国外进口普通不锈钢，这不仅无法带动国内经济发展同时也无法实现我国的资源战略目标。导致这种现象发生的原因是多方面的：①国产耐蚀钢的产量及品种无法满足当前化工产业及飞速发展的国民经济需求，并且其在成套供应方面也远远不足；②相较于发达国家的生产力及对耐蚀钢在质量方面的控制程度，国产的耐蚀钢还达不到进口钢材的水平；③部分具有特殊性的耐蚀合金材料国内还没有达到相应的技术要求；④采用国产合金钢制造设备的成本高于成套进口的生产装置，在成本控制上处于劣势，国外的合金钢在国内进行加工制造的成本也远远高于成套购买进口设备；⑤钦、超级不锈钢等钢材料的相较于进口钢材更为昂贵。

（5）遵循可持续发展观，兼具经济性能及科技含量。化工产业在其可持续发展过程中必须对经济效益、科技含量及资源消耗等问题进行全方面的考虑，以遵循科学的、可持续发展的原则作为发展方向。由于化工企业在选材用材及防腐蚀方面必须严格按照设备的各项规范及操作指标等进行操作，因此正确用材、合理选材具有尤为重要的作用。不合理的用材现象不仅会直接导致资源浪费、环境污染等问题，还会导致事故发生。

在选材用材的过程中应从经济性及技术性两方面对钢材的选择进行综合考虑，并从宏观的角度进行分析。相较于不锈钢，耐蚀低合金钢具有更高的经济价值，在合理用材与选材的过程中可以采用多种钢材料替代不锈钢，例如节镍铬不锈钢、塑料玻璃钢等。从技术层面考虑，可以采用铁素体或双相不锈钢有效达到防应力腐蚀破裂的效果。但是在其使用过程中应考虑脆性转变温度，可采用低锰高铝不锈钢进行防点蚀缝蚀。

3 结语

综上所述，对钢材的选择和使用过程中由于其制造及设计等方面的因素，很多化工厂更愿意通过进口钢材的方式满足自身需求。由于国内还未完善耐蚀合金产业，并未能研制出高性能的产品，导致采用钢材产生的经济效益外流。因此，从国际竞争的角度考虑，国内应当积极对化工耐蚀新金属材料进行开发和研究，并且尽快投入使用，加快不锈钢与耐蚀合金产业的发展进程。对旧企业设备的改造及更新、吸收进口技术设备的优势仍是当前需要重点研究的课题。在钢材用材过程中快速实现国产化具有十分重要的现实意义。这意味着国内钢材的标准应与国际标准统一化，通过不断提高钢材的质量及耐蚀性等满足化工产业、海洋开发等多产业的需求，以期快速推进耐蚀新金属材料的研发进程并带来可观的经济收益。

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，辽宁昌图人，大学本科，研究方向：垃圾车设计，新材料在垃圾车上的应用。