耐高温浓硫酸腐蚀的特殊不锈钢SS920

一一．一、_l_，f第九届全国不锈钢年会’。。。ProceedingsoftheninthChineseNationalConferenceonStalnlessSteels992耐高温浓硫酸腐蚀的特殊不锈钢SS920杨长强张廷陆世英康喜范(冶金部钢铁研究营院、本文探讨了金属在浓硫酸中腐蚀机构井介绍了特殊不错锕S．~920的性能特点SPCIALsTAJI￡SSSTEELSS920OFCORR0slONRES研ANcErNHGHTEMPRETURECONCENTRATEDSULF~ACIDYangChangqiang，ZhangTingkai．LuShing．KangXifan(Centra11TOllandStee1Re'search1nN[I【lille)1n【h】paperlhecorrosion111ech日nismofmelalIicmaleriakinhighlYconccnltaledsulfuricacIJhasbeinqulednndthepecuI[arityofspecialstain】esteelss920wi：lsr~commended．1．前言硫酸是一种腐蚀性很强又极为复杂的工艺酸。按金属材料在其中的腐蚀特性及材料的发展，硫酸可划分成三个浓度段：低浓度酸，中高浓度酸和高浓度酸。其中除高浓度酸具有氧化性外，其余均属强还原性酸。高浓度酸在低温低流速时，腐蚀性较弱。因此硫酸工业发展初期使用碳钢和铸铁制造硫酸贮罐、泵和冷却器等设备。然而，随：胃硫酸生产流程温度和生产率的提高，碳钢、铸铁己不能潸足耐蚀性等方面的要求．世界各国先后研究一些不锈钢和高镰舍金代替碳钢和铸铁作为耐硫酸材料，这之中有双相不锈钢(日本的Cr25N~sMo2、Cr)'tNtTSi4MoCu)，奥氏体不锈钢(瑞典的Cr2cNi25Mo4．5Cu、法国的UB6、美国的CarpanteI"20及WorthiteYLieumet55、西德的306L)和Nj—Cr—Mo合金(Hastllay合金c一276)等。近十几年硫酸工业生产更进一步发展，趋向更高温和更高生产率，上述材料又不能满足要求。为了适应生产发展的需要，又进一步发展了一些新材料，如日本发展了Cr23Nis2S[4Mo4Cu，瑞典开发了SandvikSX耐高温高浓度硫酸腐蚀不锈钢。加拿大等国开发了304L、3I6L和904L钢带阳极保护的不锈钢冷却器。我国在“七五期间，根据硫酸工业发展需要也开展了一些研究，各研究单位和国家都取得了一定的成果，分别提出了RS2、RS4和SS920等材料。钢铁研究总院开发的SS920耐高温浓硫酸不锈钢于l988年获得了国家专利。2·浓硫酸中金属材料腐蚀机构耐浓硫酸材料的发展，即从碳钢，铸铁到不锈钢，镍基合金，近十年来发展到特殊不锈钢，是与硫酸工业发展的需要和材料在浓硫酸中腐蚀机构的研究成果相联系的。金属材料在浓硫酸中的腐蚀机构大致如图l所示。材料在浓硫酸中首先发生活性溶解(即阳极反应)和H变成H2气的阴极反应。随着活性溶解反应的进行，溶液中金属离子浓度愈来愈高，这时由于硫酸粘度较大，溶下来的金属离子很难扩散到较远离金属的硫酸溶液中，而停滞在金属表面上。当金属离子超过金属硫酸盐的溶解度积，金属离子就形成了饱和析出型金属硫酸盐氧化物，氢氧化物薄膜。随着钝化膜形成，材料进入钝态，电极电位移到很正的数值。在钝化膜形成的情维普资讯http://www.cqvip.comfubo-12高亮·98·况下，阳极反应目金属的溶解是通过金属硫酸盐、氧化物、氢氧化物薄膜以缓慢速度进行。同时阴极反应以5H~SO1+2H一Hs0q+s+．IH~O进行。使分子状态的H2SOt生成单体S和H20。阴极反应生成的水慢慢地溶解金属硫酸盐氧化物．氢氧化物薄膜。由于薄膜被溶解而裸露出金属表面。使材料重新回到初始的状态。金属材料在浓硫酸中的腐蚀就表现为如上所述的活化一钝化的转变。材料的腐蚀速率主要由活化溶解来决定。因此当不锈钢与台金在浓硫酸中能处于钝态．即形成稳定的金属硫酸盐、氧化物、氢氧化物薄膜时，就可能获得较好的耐蚀性。由00Cr2oN[~sMo4·5Cu不锈钢在不同温度98H2SO~中腐蚀行为可“说明这一点。如表1所示。00Cr20Ni25Mo4．sCu在70C98H2SO4中的腐蚀率为0·】268mm／年，属基本耐蚀，而在】20C下腐蚀率为3·425mm／年，基本不耐蚀。图2是该钢种在70C和f20C98H2SO4中腐蚀实验后生成的表面膜元素浓度分布70℃时生成了以cr为主的硫酸盐，氧化物薄膜，表面上呈现cr的富集，这种钝化膜是稳定的，不易溶懈。而在120"C时生成活化卷(E州m⋯lri体暇援反应‘M—H肿+憎一鼹极反应。2H+2e．-H：++s0—Ms“辛妻)的表面膜中tcr由向外递减，而s尽管在台金基体中仅含0·69，但却在表面富集。这说明虽然00Cr~oNi25Mo4．5cu在高温浓硫酸中，一开始能迅速钝化．但这种以cr为主的钝化膜在高温德硫酸中不稳定。容易被溶解，使金属由钝态又回到活化态。从不锈钢和台金在浓硫酸中的腐蚀机构出发，为解决耐高温浓硫酸腐蚀材料问题，可一种新的材料。使之在高温浓硫酸中能生成稳定的钝化膜，或者采取阳极保护措旖．使304L316L及904L钢在高温浓硫酸中处于钝化态。SS920特殊不锈钢就是能在高温浓硫酸中生成稳定钝化膜因而具有优异耐蚀性的耐蚀材料。3·特殊不锈钢SS920的性能特点3·】耐蚀性SS920的开发主要针对高温浓硫酸．旨最f00crNMo·sCu不锈铜在不同温度硫墨莹中的耐蚀性锕号l壮志腐蚀率．mm／年Hs。|0t’J~8％HzSO~1200Cr2oNiz,dvlo45cu培处到0．1288I3．42．50蔷化卷(EmI‘～l，甯鬣反应．M。儡撮反应．5Ho‘抽—4n~so‘斗8~+4nzOMsor+^+so{一(撸解)图i金属材料在浓硫酸中腐蚀机构示意图在改变材料在高温浓硫酸中生成的钝化膜的中的实验结果。可以看出，sS920在l2O℃93组成，使之具有良好的耐蚀性。图3、表2和H2SO4~的腐蚀率仅为0·0274mm／年，在表3给出了SS920在静态和动态高温浓硫酸l20C98HoI中仅为0·0】56mm／年。维普资讯http://www.cqvip.comS+釜±Z++0＼8+墨±Z+主+08+墨+Z+I￡+0穗射时『可(分·99·1,S●．57．5515溉射时阃(分，图2表面膜中元素浓度(原子比)的深度分布＼＼0兰在动杏实验条件下腐蚀率也没有增大．这撵口慵蚀速率完全可以保证材料不必采用阳极儡护而在直接制戚设备使用。HD‘一霉ass92o~E堆蕈蠢中曲等庸蚀曲簟(o_l毫米／年衰2S~020与Hell。卜276在静态索件下试验室腐蚀试验结果f腐蚀速率．毫米／年硫酸浓度温度Css92OC一276备注90lI5℃O．085393】00℃0．00340．4600931]5t0．01042．400093】20℃0．027193】3C,0．003l981O0℃0．00240．3I20981]50．0l030．968090j20℃O．0【5698】3O'C0．0342表d列出了SS920与其他不锯钢和舍盒在高温浓硫酸中腐蚀率的比较。显然ss92o的耐蚀性是极为优异的．硫酸浓重践速度米／杪『温度l腐蚀率毫米／年98】．8l100f0．0025901．8I12o}0．0150901．8I30l0．03443·2机械性能SS920铸件和轧材的室温机械性能列于表5．可以看出，其机械性能与一般常用904L、316L等不锯钢大体相同．3·3生产工艺性SS920可生产铸件，也可以铸轧成材．可采用高频。中频感应炉，真空感应炉，电弧炉和炉外精炼炉(AOD，VOD)冶炼。铸造工艺性能良好。可采用一般铸造工艺浇成铸件。锻、轧温度为900—1】80C，通过热轧和冷轧可以生产出各种常用规格的中板，薄板，园钢，带材和线材。薄板具有极好的冷戚形性。】080～1】20℃的固溶处理可保证最大限度地发挥其优良耐蚀性．d·SS920不锈钢生产和应用情况SS920已于】989年底试制出浓硫酸泵轴套供有色冶炼厂代替IlliumO台金使用，试制出丝供硫酸生产丝网除沫器使用，性能大大优于苏联6．54(cT】BNs“AlTi)、1992年们¨帖州¨蛆o4u+opI土Z吉+嗣+-U＼晶丹v+耋+兰吉+嗣+0＼￡4u+口X+IN+止+并+0＼0维普资讯http://www.cqvip.com袭4ll0与其他五锈锅靶台金耐蚀性的比较臀堙#／年台盘牌号9gHc~,O93％l{O‘100'、i!e13O100"~712Ol30tSS§O0002‘00I560．03}20．003lO．O274O063l00Cxl7il¨silMou0．30310．d90fiO6Cr【一NilSilM00380．4j30L073ln引00CrJ2sMo~sCu08392"3【5001}Cr：Meu^0881000Ci-MolICu061026290l0600．3l31衰5．Kq~J20室温机械性娃疆服强度稿张强度断面收鲔铆导翘掐热处理度t延伸率深度mmN／mN／rnm：辜llO0t3lO7246．35O3SS020讳精30井冷3l1／)045，526_065574l2．752％920机l0O℃2606657】12．B‘22(I．8m10,4rr2957007279510引l26已在重庆特钢厂试制薄板．即将用于制造板式热交换器j·SS920不锈钢的经济性SS920在高温浓硫酸中具有优异的耐蚀性．在98HaSO，100C温度下的腐蚀率<0·01mm／年．13O(’温度下腐蚀率<O·03ram／年．其腐蚀率仪为日本持开昭6～93860发表的专利合金的1／1OoSS920具有良好的生产工艺性．容易铸造，有良好的冷热加工性．并有较低的合盒量．其合盒总量约为日本特开昭56—93860合盒的I／2。所以此钢既具有良好的使用性能．工艺性能又具有良好的经济性。维普资讯http://www.cqvip.com