第六章不锈钢的合理选用.docx

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第六章不锈钢的合理选用

第六章不锈钢的合理选用

6.1不锈钢选用时要考虑的因素

6.1.1耐腐蚀耐腐蚀性包括不锈性和耐酸、碱、盐等腐蚀介质的性能，以及高温下抗氧化、抗腐蚀等性能。

工程中选用不锈钢，主要是为了解决工程中所遇到的各种腐蚀问题，所以在腐蚀环境中不锈钢的耐腐蚀性能如何，能否保证设备在使用寿命之内有足够抗腐蚀能力，保证设备安全运行，是设计者优先考虑的问题，选材时应注意以下几点：

1耐蚀性的标准是人为确定的，既不能被它限制死，也不能不理它，必须根据设备具体使用条件使用要求来确选哪一级做为对腐蚀性的要求。

要考虑设备特点、使用寿命、产品质量等的要求，譬如使用过程中要求光洁镜面或尺寸精密的设备、仪表部件可选1~3级；要求紧配合、长期不漏或要求使用年限长的设备，可选2~5级；对要求不高、检修方便或要求寿命不很长的设备、部件可选4~7级。

除特殊情况外，不锈钢在使用条件下年腐蚀率超过1mm的一般不选用。

需要指出的是，前面10级标准对于产生局部腐蚀时不适用。

2耐蚀性，不锈性都是相对的，有条件的。

所谓不锈耐蚀是指在一定条件下，如介质、浓度、温度、杂质、压力、流速等一定时，材料锈或不锈，耐蚀或不耐蚀。

到目前为止，还没有哪种不锈钢在任何环境中均有不锈性、耐蚀性，只是某个材料，某个牌较适于再某环境使用，有的牌号钢适用范围小些，有的适用范围大些。

选择条件过高造成工程浪费，选择条件

过低，影响设备寿命和安全可靠性。

3选择不锈钢时既要考虑其一般耐腐蚀性，又要考虑其耐局部腐蚀的性能。

特别是在水介质和化工介质中，后者尤为重要。

使用经验着证明，导致不锈钢设备、部件突然破坏，局部腐蚀比一般腐蚀危害更大。

4在引用各种手册、文献中有关不锈钢的耐腐蚀性数据时应注意，其中很多是试验数据，与实际介质环境往往有较大出入。

5不锈钢制设备，如果因腐蚀而失效，应进行原因分析，查明原因后采取应对措施才能彻底解决。

6.1.2力学性能

力学性能包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳等性能。

在应用不锈钢力学性能数据时，要注意这些性能大多是在无强烈腐蚀性介质中的大气环境中测得的，当处于腐蚀性介质时，这些力学性能，如疲劳强度就会显著降低，在静拉伸应力和介质作用下，有时会在远远低于其强度极限的情况下破断。

所以对于承受重复和交变载荷的设备，除作强度设计外，还要求做疲劳设计，对于在低温下工作，并承受冲击载荷的不锈钢部件，必须考虑低温韧性、脆性，转变温度、低温断裂韧性；有时还必须考虑其线膨胀系数。

6.1.3工艺性

所谓工艺性，就是不锈钢适应设备制造工艺的能力，譬如：

1是否适应经加工后形状、尺寸、精度、光洁度等要求。

2是否适应设备制造所采用的焊接方法。

3冷热成形性，设备经冷热加工后保证力学性能、耐腐蚀性能的能力，以及可焊性。

6.2一般环境中不锈钢的合理选用

6.2.1大气环境中的选用

农村除某些地方空气潮湿外，污染相对较小、空气比较干净、腐蚀性较弱，可选用Cr13型或Cr17型不锈钢。

城市除了大气潮湿外，空气中海常含有So2、H2S、NH3、NO2及CO2、Cl2等气体杂质和灰尘等悬浮颗粒，这些杂质与水结合后，成为具有腐蚀性介质，所以若在室内使用，仍可选Cr13型或Cr17型不锈钢，但在室外Cr17型不锈钢则是最低等级牌号，如果是城市工业区，CO2、Cl2、H2S等有害气体含量较高时，一般选18—8型不锈钢，有特殊要求时可选17—14—2型（316型）。

海洋大气中氯离子含量高，如果选用Cr13型、Cr17型不锈钢，也会在表面生成薄锈，但极易清除，如能选17—14—2型不锈钢将会有很好的效果。

6.2.2水介质中材料选用

不锈钢在水介质中，一般不会因晶间腐蚀而造成破坏，而最常见的是局部腐蚀，特别是应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀。

高纯水大量用于核工业中，特别是以水作为冷却介质的沸水和质水核反应堆中。

由于高纯水中Cl-和氧含量都很低（Cl-≤0.10ppm、[o]≤0.01ppm），不锈钢在这种条件下腐蚀率很低，<0.01mm/α,所以主要牌号有0Cr18Ni9、0Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2等。

淡水（含盐低于0.05%）中即使含有少量Cl-和饱和氧和其它杂质，也不至于引起不锈钢的腐蚀问题，因此几乎所有类型不锈钢均可在与淡水接触的环境中安全工作。

但一般常选用的是Cr13型、Cr17型、18—8型，对换热器、冷凝器、冷却器、蒸发器、热交换器等与水接触的设备，常用的18—8型，如0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10等，根据情况不同也要选0Cr18Ni9或316型的。

医疗器械可选3Cr13、4Cr13、9Cr18等，厨房设备可选0Cr19Ni9。

灶具可选0Cr17、0Cr17Ti等。

锅、碗、瓢、勺可选0Cr13、0Cr17，高档的可选0Cr18Ni9。

在海水中一般腐蚀不严重，主要破坏形式是点腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀，而且受到含氧量、氯离子浓度、流速的影响，如温度在30℃以下可选0Cr17Ni12Mo2、0Cr19Ni13Mo3等不锈钢，如果温度为40~50℃，最好选00Cr18Ni16Mo5（N）、00Cr20Ni25Mo4.5（N）或00Cr25Ni17Mo3N等，或铁素体不锈钢如00Cr26Mo1、00Cr26Mo1等，当选不锈钢时，要求海水流速≥1.5m/s。

6.2.3硝酸介质中用不锈钢

不锈钢在稀硝酸中具有良好的耐腐蚀性，可以说几乎所有不锈钢在稀硝酸中均有相当好的耐腐蚀性，如0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、

1Cr18Ni9Ti等，在浓度≤65%稀硝酸中这些钢是用最大的。

00Cr25Ni6Ti也有用的，效果也很好。

浓度超过65%，特别是到85%以上时Cr25Ni20型也不能用，应选用0Cr13Si4NbRe、1Cr17Ni11Si4AlTi等，如果温度超过80℃则应该用

00Cr17Ni17Si6等

含钼不锈钢一般不用做耐硝酸腐蚀，但硝酸中含有Cl-时，为防止点腐蚀，则常常选含Mo的不锈钢。

6.2.4耐硫酸介质不锈钢硫酸在工业上产量大、用途广，是基本的化工原料，广泛用于国民经济的各个部门，无论是生产还是使用都会遇到腐蚀问题。

硫酸虽然是一种含氧酸，但稀的和中等酸度的硫酸的氧化性较弱，因而属于还原性，浓硫酸，特别是热浓硫酸则具有很强的氧化性。

在选用耐硫酸不锈钢时，随硫酸的浓度，使用温度的不同，所选的牌号也不同。

0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2或0Cr18Ni12Mo2Ti等，是可选用的最低牌号，00Cr25Ni6Mo2N等双相钢优于含2~3%Mo奥氏体不锈钢，高Mo如≥4%，比含2~3%Mo不锈钢更耐硫酸腐蚀。

如果钢中即含Mo又含Cu时，其耐硫酸腐蚀性能优于仅含Mo不锈钢，使用范围也较大。

当Mo、Cu、Si（3~4%复）添加时，鉻镍奥氏体钢和双相钢的耐硫酸腐蚀性更好，使用范围进一步扩大，如0Cr23Ni28Mo3Cu3T、i1Cr24Ni20Mo2Cu3、0Cr20Ni29Mo3Cu4等主要用于常压，80℃以下各种浓度硫酸，浓度90~98%的高温浓硫酸中，一般只含Si到6%，才有满意的结果，如00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu等，高硅不锈钢在稀硫酸中耐腐蚀性会下降。

当硫酸中含有杂质，如F-、cl-存在时，一般会显著提高不锈钢的

腐蚀速度，当按图6-1各件使用时，钢号选择可按表6-1

表6-1各种不锈钢选择表

区域

选用不锈钢牌号

Ⅰ

0Cr18Ni12Mo2Ti1Cr18Ni12Mo2Ti（﹤40℃,无空气）00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo300Cr18Ni18Mo50Cr18Ni18Mo2Cu2Ti（﹤50℃）00Cr18Ni14Mo2Cu200Cr20Ni25Mo4.5Cu0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti（﹤80℃）0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2（﹤80℃）0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb（﹤80℃）

Ⅱ

00Cr20Ni25Mo4.5Cu

0Cr20Ni29Cu4Mo3（﹤65℃）0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti（﹤80℃）0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2（﹤80℃）0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb（﹤80℃）

Ⅲ

0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti（﹤50℃）00Cr18Ni14Mo2Cu200Cr20Ni25Mo4.5Cu0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb0Cr20Ni29Cu4Mo3（﹤65℃）0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti（﹤65℃）0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2（65℃）

Ⅳ

1Cr18Ni12Mo2Ti

00Cr17Ni14Mo2

00Cr17Ni14Mo3，00Cr18Ni14Mo2Cu2

0Cr18Ni18Mo2Cu2

00Cr18Ni18Mo5

00Cr20Ni25Mo4.5Cu

0Cr20Ni29Cu4Mo3

0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2

0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb

Ⅴ

1Cr18Ni11Si4AlTi（﹤65℃）,高S（i≥6%）不锈钢（≤130℃）0Cr20Ni24Mo3Si3Cu2（﹤65℃）

Ⅵ

一般不选用不锈钢，但浓度≥90%，温度≤130℃，可选用含Mo,Cu的高Si（~6%）不锈钢。

例如，国内专利牌号SS920

Ⅶ

一般不选用不锈钢，但浓度≥90%，温度≤130℃，可选用含Mo,Cu的高Si（~6%）不锈钢。

例如，国内专利牌号SS920

Ⅷ

碳素钢

1Cr18Ni9Ti0Cr20Ni29Cu4Mo30Cr20Ni24Mo3Si3Cu2

Ⅸ

1Cr18Ni9Ti0Cr20Ni29Cu4Mo30Cr20Ni24Mo3Si3Cu2

Ⅹ

不选用不锈钢

6.2.5磷酸介质中不锈钢的选用

一般的说，在不含杂质的磷酸中，常用的不锈钢基本都能解决它

的耐腐蚀问题，但含钼的更高。

根据使用条件不同（见图6-2）可按

表6-2选择适当的牌号。

图6-2不锈钢在磷酸中的等腐蚀图

在湿法磷酸生产过程中，磷酸应含有各种杂质，如F-、Cl-、SO42-、

Fe3+、Al3+、Mg3+等，其中除Fe3+外，均加速不锈钢的腐蚀进程。

表6-2各区不锈钢选择表

区域

选用不锈钢牌号

Ⅰ

1Cr13

1Cr17Ti

1Cr18Ni9Ti,00Cr18Ni10,0Cr19Ni91Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo21Cr18Ni12Mo3Ti,0Cr19Ni13Mo3,00Cr17Ni14Mo300Cr18Ni16Mo500Cr18Ni16Mo5（N）00Cr18Ni14Mo2Cu2

00Cr18Ni18Mo2Cu2Ti0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti00Cr20Ni25Mo4.5Cu

Ⅱ

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr17Ni12Mo2

0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti,00Cr17Ni14Mo2Cu2

00Cr17Ni14Mo3,00Cr18Ni18Mo5

0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti,00Cr27Ni31Mo3Cu,00Cr26Ni35Mo3CuTi

Ⅲ

1Cr13

1Cr17Ni2

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti00Cr17Ni14Mo200Cr18Ni1818Mo500Cr20Ni25Mo4.5Cu00Cr18Ni14Mo2Cu200Cr18Ni18Mo2Cu2Ti0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti00Cr26Ni35Mo3CuTi,00Cr27Ni31Mo3Cu

Ⅳ

0Cr18Ni12Mo2Ti,00Cr17Ni14Mo2

00Cr18Ni18Mo2Cu2Ti,00Cr18Ni14Mo2Cu2

00Cr18Ni1818Mo5

00Cr20Ni25Mo4.5Cu

0Cr20Ni25Mo3Cu2,00Cr26Ni35Mo3CuTi,00Cr27Ni31Mo3Cu

Ⅴ

不能选用不锈钢

6.2.6醋酸、甲酸及其混合酸介质中不锈钢的选用

Cr17铁素体不锈钢可耐80℃以下的稀醋酸和高浓度（高于70%）醋酸腐蚀；18-8型、Cr-Ni奥氏体不锈钢可耐50℃以下，浓度≤%醋酸和浓100%醋酸蒸汽腐蚀。

随钼含量提高，Cr17、Cr-Ni奥氏体不锈

钢耐醋酸腐蚀性能提高，醋酸中含Cl-时，加速腐蚀速度，将从

0.001mm/α提高到1.8mm/α。

醋酸中含有甲酸时，随浓度增加，腐蚀速度增加，甲酸腐蚀性较醋酸强，选择不锈钢牌号时应比醋酸用钢级别高一些，图6-3及表6-3是纯醋酸中不锈钢的选用。

图6-3不锈钢在醋酸中的等腐蚀图

表6-3各区不锈钢选择表

区域

选用不锈钢牌号

Ⅰ

1Cr13

1Cr17Mo2Ti

1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni11Ti,0Cr19Ni9,00Cr19Ni10

1Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo2

Ⅱ

1Cr17Mo2Ti,0Cr18Mo

1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni11Ti,0Cr19Ni9,00Cr19Ni10

1Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo2

Ⅲ

1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni11Ti,0Cr19Ni9,00Cr19Ni10

1Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo2

0Cr17Mn14Mo2N

Ⅳ

1Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr17Ni14Mo2,00Cr17Ni14Mo20Cr19Ni13Mo3,00Cr17Ni14Mo3,0Cr17Ni12Mo2N0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti,00Cr18Ni16Mo500Cr20Ni25Mo4.5Cu

Ⅴ

不能选用不锈钢

6.2.7盐酸介质中不锈钢选用

盐酸还原性很强，不锈钢在盐酸很难钝化，在盐酸介质中一般不能用不锈钢，只有当盐酸浓度和温度都较低时，高镍、高钼不锈钢，如00Cr20Ni25Mo4Cn、0Cr23Ni28Mo4Cu3T、i00Cr20Ni18Mo6CuN等则具有相当耐腐蚀。

6.2.8氢氟酸介质中不锈钢的选用

氢氟酸即能破坏不锈钢表面钝化膜，又能防止钝化膜形成，除室温下无水氢氟酸和浓度很低的氢氟酸外，不锈钢不能耐氢氟酸腐蚀。

当氢氟酸中含有氧时，特别是含氧化剂时，一些高镍奥氏体钢耐腐蚀性会有所提高的，如在3~5%HF、15~20%HNO3中0Cr20Ni29Mo3Cn4、0Cr23Ni28MoCuTi就较好耐腐蚀性，镍基耐蚀合金在各种浓度盐酸中都具有较好耐蚀性。

6.2.9耐烧碱腐蚀不锈钢

氢氧化钠的浓度、杂质含量，物料流速和温度等均对材料的腐蚀有影响，特别高温氢氧化钠和熔融氢氧化钠的腐蚀性更强。

00Cr26Mo1（C+N≤150PPm）、00Cr30Mo2（C+N）≤150PPm）都有优异的耐氢氧化钠腐蚀性，在要求不高时Cr型铁素体钢就可满足氢氧化钠腐蚀要求。

6.2.10尿素甲胺液介质中不锈钢的选用尿素是二氧化碳与氨合成的，一般是在高温（180~210℃）高压（140~250大气压）下合成的，尿素生产中间产物—氨基甲酸铵等（尿素甲胺液），在高温高压下对不锈钢有强烈的腐蚀性，可以破坏不锈钢的钝化膜，并有强烈去钝化作用，使Mo2~3%的Cr—Ni奥氏体不锈钢受到强烈腐蚀，如00Cr17Ni14Mo2（316L）钢的年腐蚀深度可达到

50mm，尿素生产过程中加氧时，由于可保证不锈钢的钝化，从而解决了尿素甲胺液的强腐蚀问题。

尿素生产设备常选用的不锈钢主要有：

0~1Cr18Ni12Mo2Ti、0~1Cr18Ni12Mo3Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo3N以及00Cr17Ni14Mo2、00Cr25Ni22Mo2N等。

我国二氧化碳汽提法生产的大型尿素设备，除汽提塔的分布管用00Cr25Ni22Mo2N不锈钢外，均它采用尿素级00Cr17Ni14Mo2不锈钢。

有研究认为这两个钢Cr含量应控制在上限，C、P应尽量低，α相应≤0.6%。

有人指出00Cr25Ni22Mo2N和高00Cr26Mo1、00Cr30Mo2的耐腐蚀性远高于316L和00Cr25Ni22Mo2N。

6.2.11耐晶间腐蚀不锈钢晶材料是晶粒边界先发生腐蚀，使晶粒间失去合力的局部腐蚀，其特征是不锈钢发生了晶间腐蚀时，外形尺寸不变，仍保持金属光泽，在显微镜下观察时，可见到晶界周围受到腐蚀，甚至晶粒脱落，腐蚀沿晶界发展，遇到外力时，金属表面出现裂纹，失去金属声音。

见照片x。

晶间腐蚀的原因或称机理，大多认同晶界贫鉻理论。

就是不锈钢加热到固溶处理温度（一般1000~1150℃视钢中而异），保温后快冷（一般为水冷）。

如果Cr—Ni奥氏体不锈钢中含碳量超过0.02%~0.03%以上时（美标为0.035%），碳在钢中处于过饱和状态，若在随后加工制造或使用中经过450~850℃温度加热，则过饱和的碳就会向晶界扩散，析出并与其附近的鉻形成鉻化碳，这种碳化物一般为Cr23C6。

由于这种碳化物含有较高的鉻，所以导致碳化物周围钢基本落浓度降低，形成贫鉻区，钢中鉻含量不足以在工作介质中钝化时，使在介质作用下优先溶解而产生晶间腐蚀，但晶粒本身有足够钝化能力而不被腐蚀，有研究证明，在一些苛刻条件下，即使晶界周围鉻≥12%也能产生晶间腐蚀。

为了防止不锈钢在工作条件下发生晶间腐蚀，在选择材料时，人们常常选用含稳定化元素Ti、Nb的Cr—Ni奥氏体不锈钢，如

1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、1Cr18Ni11Nb、0Cr18Ni11Nb等。

Ti和Nb的作用主要是它们可与钢中过饱和的碳形成稳定的Tic、Nbc等碳化物，防止或减少鉻碳化物Cr23C6的形成。

Ti不仅可与C结合，而且还与钢中N、S结合形成TiN、TiS，同Ti加入量要大于理论最低含量。

固溶处理温度过高不仅Cr23C6溶解，Tic也溶入基体，在随冷却或敏化处理温度停留，就会有更多Cr23C6析出，增加晶间腐蚀倾向。

必须指出的是含Ti不锈钢焊后在熔合线易出现“刃状腐蚀”，同样也能引起焊接结构破坏。

所以欧、美、日很少用含Ti不锈钢作为防晶间腐蚀钢使用，转而选用超低碳鉻镍不锈钢代替含鈦不锈钢。

对这个问题，国内还没有足够认识。

有研究发现，非敏化状态普通不锈钢，也包括敏化状态，超低C不锈钢和含稳定化元素Ti、Nb不锈钢也可能发生晶间腐蚀，认为与C、P、Si、B等在晶界偏聚有关。

铁素体不锈钢也有晶间腐蚀问题，我们接触较少，这里就不介绍

6.2.12其它腐蚀及选材

1刃状腐蚀

为防止刃状腐蚀发生，在选材时应首先选低碳（0.04~0.06%）或超低碳（≤0.03%）Cr—Ni奥氏体不锈钢代替含Ti（Nb）不锈钢，当必须选含Ti或含Nb不锈钢时，也应将碳含量尽量往下限控制。

2点腐蚀

提高不锈钢耐点腐蚀的措施之一就是尽量降低S、Mn含量，减少作为诱发点的MnS的形成。

另外降低非金属夹杂物Al2O3、TiN等，提高钢的纯度，降低气体含量，防止点腐蚀发生来说都是必要的。

另外，还必须防止M23Co（金属碳物）等碳化物和σ相、Χ相等金属间化合物的析出。

耐点腐蚀钢牌顺序：

0Cr18Ni9Ti

0Cr18Ni12Mo2Ti

0Cr18Ni12Mo3Ti

00Cr25Ni22Mo2N

0Cr18Ni10Ti

<0Cr17Ni12Mo2<

0Cr19Ni13Mo3

<00Cr18Ni16Mo5（N）

0Cr19Ni9

00Cr17Ni14Mo2

00Cr19Ni13Mo3N

00Cr20Ni25Mo4.5Cu

00Cr19Ni10

0Cr17Ni12Mo2N

00Cr19Ni13Mo3

0Cr17Ni14Mo2N

3缝隙腐蚀

不锈钢与非金属夹杂物接触或铆接、螺栓连接，垫片、管与管焊接、与非金属接触等均可发生缝隙腐蚀。

高纯水、淡水、大气环境中，如选Cr17或18—8钢出现缝隙腐蚀，可选00Cr18Mo1、00Cr18Mo2或00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3，也可以用双相钢。

如介质腐蚀性更强，可选00Cr26Mo1、00Cr25Ni4Mo4、00Cr30Mo2、⋯⋯等或00Cr18Ni16Mo5（N）、00Cr20Ni25Mo4.5Cu（N等），双相钢可选00Cr25Ni6Mo3N等。

4耐应力腐蚀不锈钢

应力腐蚀是不锈钢在静拉伸应力与特定工作介质共同作用下而发生的一种破坏，是局部锈破中最常见、危害最大的一种。

可以说没有哪种不锈钢在任何条件下都不发生应力腐蚀的，所以要根据部件使用条件，合理选择，一般说高铬镍奥氏体不锈钢，不含铬镍铁素体不锈钢，双相不锈钢对提高耐应力腐蚀有好处。