摘要：本文通过不同介质对生产装置腐蚀防护的要求进行分析，重点介绍不锈钢中使用量{zd0}的奥氏体不锈钢在石油、化学、轻工、食品、医药等行业中的应用。。

奥氏体不锈钢是不锈钢类中钢种最多、使用量{zd0}的一种（约占整个不锈钢产量的 65~70%）。最常用的奥氏体不锈钢是 Fe-Cr-Ni 系合金（即美国的 AISI300 系，与我国钢号对照见表1）；Fe-Cr-Ni-Mn 系（即美国 AISI200 系，与我国钢号对照见表2）；特殊奥氏体不锈钢（见表3）等三种。

奥氏体不锈钢从 1913 年在德国问世后，在随后的 80 多年内，其成分在 18-8（Crl8Ni8）的基础上有以下几方面的重要发展：

1. 加 Mo 改善了钢的点蚀和耐缝隙腐蚀性；
2. 降低碳含量或加 Ti 或 Nb、Ta 稳定化元素，减小焊接材料的晶间腐蚀倾向；
3. 加 Ni 和 Cr 改善高温抗氧化性和强度；
4. 加 Ni 改善了抗应力腐蚀性能；
5. 加 S、Se 改善了切削性和构件表面精度。

由于奥氏体不锈钢具有全面、良好的综合性能，在工业上获得了广泛的应用。

1 在化学工业中的应用

1.1 硫酸（H₂SO₄）

硫酸、硫铵及合成纤维等化学工业均以硫酸作为基本原料。因此，其装置广泛地使用不锈钢。低的和中等浓度的硫酸为还原性酸，热浓硫酸为强氧化性酸。因此，硫酸浓度、温度不同，应用的材料也不同。一般说，含 Mo 2~3% 的不锈钢是用在硫酸中的{zd1}牌号，不含 Mo 的 18-8 型钢仅能用于室温下的某些条件，含 Mo 2~3% 的不锈钢在 5% 的 H₂SO₄中可用到 50℃；含Mo 3~4% 的不锈钢在 5% H₂SO₄中则可用到 ≤60℃；含 Mo 并含 Cu 的不锈钢，较仅含 Mo 的钢使用范围要宽得多。当硫酸中含高价金属离子时，可产生极大的缓蚀作用，扩大一些钢的使用范围；当硫酸中含有 F^-，C1^- 等活化离子时，则显著地加速不锈钢腐蚀，从而使一些不锈钢的使用范围变窄。

1.2 亚硫酸（H₂SO₃）

含 Mo 不锈钢在亚硫酸中是极耐蚀的。常温的亚硫酸中 18Cr-8Ni 系不锈钢是耐蚀的。但 160℃、5atm（506.6kPa）以上，上述不锈钢急剧侵蚀，而 316、316L 在 180℃、10atm（1.013MPa）的亚硫酸中仍有足够的耐蚀性。在 1% 亚硫酸环境中 304、316 在焊后容易引起晶间腐蚀，此时，应选择超低碳不锈钢。

1.3 硝酸（HNO₃）

不锈钢在此氧化性酸中，由于表面生成氧化膜具有极好的耐蚀性。因此，不锈钢在硝酸的制造装置及以硝酸为原料的各种合成化学工业（例如硝铵肥料、火药、丙烯睛等）的装置中被广泛采用。硝酸腐蚀主要是均匀腐蚀或晶间腐蚀，几乎不引起点蚀和应力腐蚀。因此，各种 18-8 型不锈钢均可得到最广泛的应用，如耐浓度 ≤65% 常压下任何温度的硝酸腐蚀，而当浓度 ≤85% 时应选用 00Cr25Ni20Nb 合金，当浓度 ≥85% 和发烟硝酸时，一般只能选用高 Si（~4%）不锈钢。

1.4 磷酸（H₃PO₄）

磷酸的生产有湿法和热法二种。热法生产的磷酸具有较高的纯度，而湿法生产的磷酸，根据磷矿石的矿源、工业水、硫酸等原料，将含有一定数量的 F^-、Cl^-、SO₄^2- 等。一般来说 ,在纯磷酸中常用的不锈钢基本上可以解决它的腐蚀问题，例如 18-8 型不锈钢可用于贮藏浓度达 85% 的冷磷酸，而含 Mo 2~3% 不锈钢的耐蚀性更强 。热法生产磷酸用的装置，采用 18-8、18-12Mo2 即可 。湿法生产磷酸的装置，应根据磷酸溶液中 C1^-、F^- 等来确定选用材料的 Cr、Mo 含量，一般为高 Cr、高 Mo 材料，常用的材料为 00Cr25Ni5Mo3Cu、00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr25Ni25Mo5、00Cr26Ni35Mo4Cu、000Cr30Mo2、00Ni56Cr30Mo6W2Cu2、00Ni54Cr38Mo5。

1.5 醋酸（HAc）

18-8 型不锈钢在纯 HAc 中有着优异的耐蚀性，其中，在 <50% HAc 中可用至沸腾温度，在 >50% HAc 中可用到 80℃，高于此温度时则可改用 00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni14Mo3 不锈钢。醋酸生产装 置以及以醋酸为原料的各种合成装置，由于存在其他杂质，例如氯离子、H₂SO₄、甲酸等，通常的 00Crl7Nil4Mo2、00Crl7Ni14Mo3 不锈钢可能遭受腐蚀，这时应选用 00Cr18Nil8Mo5、00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr26Ni35Mo4Cu 或 Ti。

1.6 盐酸（HCl）

在盐酸水溶液中，由于 C1^- 和 H⁺ 共同作用破坏了不锈钢的钝化膜，并阻止钝化膜的形成，很容易引起均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀破裂。像 Carpenter20、Werthite 等特殊不锈钢也不能用于盐酸，仅仅可用在很稀的盐酸。

1.7 氢氧化钠（NaOH）

18-8、18-12-Mo 等 Cr-Ni 奥氏体钢虽然耐碱的性能良好，但是却极易产生苛性应力腐蚀破裂，特别是在中等浓度（40~50%）的 NaOH 中更为突出。因此，在 NaOH 工业中 Ni、Monel、Inconel 合金成为主要的材料，而304、304L、316、316L 只用于低浓度的溶液或低温高浓度溶液中。。

2 在其他的无机化学工业中的应用

2.1 食盐

中性 NaCl 溶液中，不锈钢的表面钝化膜很容易被破坏而产生点蚀、应力腐蚀等局部腐蚀，特别是高温水溶液中更容易引起局部腐蚀。食盐制造装置的结构材料主要是非金属。但是，近十几年由于要求提高浓缩结晶过程的效率及食盐制造方法的进步，预热器、浓缩结晶罐等设备多采用铜合金和高 Mo 奥氏体不锈钢，而离子分离器、加压鼓风机、泵等部件可使用 00Cr17Ni14Mo2 不锈钢。不锈钢与铜合金一起使用时，由于铜合金的腐蚀生成 Cu²⁺，Cu2⁺ 与 Cl^- 一起将促使不锈钢产生点蚀等局部腐蚀，因此这种情况下应采用高 Mo 的奥氏体不锈钢。

2.2 氯

近年氯乙烯、整体模制塑料等出现，使氯的需要急剧增长。食盐水电解得到的氯气经浓 H₂SO₄ 干燥冷却后得到液态氯。在低温干燥氯气中，一般奥氏体不锈钢是耐蚀的，例如 18-8 可用于 ≤150℃，00Cr18Ni18Mo5、00Cr18Ni18Mo2Cu2 可用到 ≤250℃，其腐蚀率 ≤0.05mm/a，温度更高可选用 Ni 基合金。在干氯中材料之所以耐蚀，主要是由于金属表面生成一层致密的氯化物，从而保护金属进一步被腐蚀。在湿氯中表现出优异的耐蚀性的金属材料极少，仅有工业纯 Ti、Hastelley 合金B、C 等。因此，在氯的制造装置中，金属材料的使用范围受到限制。食盐电解槽、干燥塔等用橡胶衬里及玻璃钢衬里，而干燥的液化容器等可用 18-8 系不锈钢。

2.3 氨

氨的制造方法，根据其使用的原料分为油气化制造氨装置、水电解制造氨装置、焦炉发生煤气、水发生炉气制造氨装置等。这些装置的材料，部分使用碳钢，部分使用特殊材料，如 18-8 不锈钢，Al、In2conel、Ni、Monel 合金等。不锈钢主要用于热交换器以防水的腐蚀，Inconel、Monel、Ni 用于耐无水氨和氨溶液的腐蚀。304L、347 不锈钢用作合成塔内部构件。

3 在石油精炼工业中的应用

石油精炼装置的代表设备为常压蒸馏装置、减压蒸馏装置、接触分离装置、接触改质装置、加氢脱硫装置、加氢裂化装置。石油精炼中腐蚀性因素多半是与原油一起带入的，其中主要的为有机硫磺化合物（原油中含 0.01~5%）与无机盐类（几个 ppm~200ppm）。加热时它们分解，可能生成 H₂S 和氯化氢等活性物质，此外原油中还含所谓环烷酸等有机酸，含量较多时将引起材料激烈腐蚀，除原油带入腐蚀因素外，为了提高精炼效果，除了用水、氢外，还使用硫酸、苛性碱、氨等。石油精炼装置中不锈钢使用大致存在以下问题：

1. 应力腐蚀破裂，穿晶破裂（以氯化物为主），晶间应力腐蚀破裂（以硫化物为主）；
2. 点蚀；
3. 晶间腐蚀；
4. 环烷酸腐蚀；
5. 渗碳脆化。

因此，根据石油精炼装置不同腐蚀情况选用不同材料。如高温硫化物系统考虑 A1 和 Cr 的抗硫腐蚀及高温强度，使用 Cr5-Mo 以上的材料；高温 H₂S-H₂ 系统使用 13Cr-A1、18-8Ni 钢；高温高压 H₂ 系统选用 Cr-Mo 钢或堆焊 18Cr-8Ni-Nb 钢；低温 H₂S-H₂O 系统选用 00Crl8Ni10、00Cr17Ni14Mo2 或蒙乃尔合金衬里，H₂S-HCl-H₂O 系统选用 00Cr18Ni5Mo3Si 以上的耐点蚀、耐应力腐蚀不锈钢；环烷酸系统，低流速情况下选用 00Cr17Ni14Mo2 即可，高流速情况需进一步研究；低温 CO₂ 腐蚀系统，一般在 200℃ 左右可使用 00Cr18Ni10；制 H₂ 装置中改质炉反应管、高温钢管以及各种加热炉管的吊架、支架可选用 25Cr-20Ni，Inconel 合金 800 等。

4 在石油化学工业中的应用

以炼油厂废气或天然气为原料生产乙烯、丙烯、乙炔等中间产品，然后进一步合成制造聚乙烯、聚苯乙烯、丙酮、丁二烯和各种合成树脂等，因合成以后的工艺与一般化学工业类似，所以此处仅以制造乙烯为例加以说明：

此装置中使用的不锈钢有加热分解炉管，因钢管表面温度高达 1000℃，应选用低碳 Cr25Ni20 钢到高碳 Cr25Ni20（HK40）及 Incoloy800。极低温脱甲烷塔可使用 Cr18-Ni8 或 Ni 钢。制造乙炔时要在 1100℃ 以上进行热分解，所以要使用高牌号合金。而对其他过程，除了要求高温强度外，还要求能耐硫酸、磷酸、氢氟酸、盐酸等的腐蚀，所以使用 00Cr18Ni12Mo2、Inconel600、Incoloy800、Carpenter20、Hastelloy 合金B、C、D 等。

5 在造纸和纸浆工业中的应用

纸浆生产方法有机械研磨纸浆、半化学纸浆、硝酸法纸浆、亚硫酸法纸浆、牛皮纸浆等。其中以机械研磨纸浆、亚硫酸纸浆、牛皮纸浆为主。近年来，随着树种、蒸煮液组成和温度恶化，逐步采用 0Cr18-Ni10。黑液蒸馏的蒸馏管使用 0Cr18Ni10，黑液回收系统的泵的腐蚀严重，希望选用 Worthite 或 Carpen2ter20。亚硫酸纸浆制造装置比其他方法受到的腐蚀严重，因此，使用 00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Nil14Mo3。另外纸浆漂白时，一般不锈钢在湿氯、次氯酸溶液中容易引起点蚀，应采用 Hastelloy 合金C、Hastelloy 合金C-22、Ti 或橡胶、玻璃钢衬里、合成树脂容器。

6 在合成树脂工业中的应用

合成树脂主要有氯乙烯树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂。氯乙烯树脂有两种生产方法，即乙炔法和乙烯法。其装置材料，一般使用碳素钢，近来不锈钢获得广泛应用，也有用 Ni 和玻璃钢作容器衬里。酚醛树脂，由于制造时使用触媒不同，其性能也不同，一般多为酸性触媒和氯基触媒，其大部分设备使用碳钢，部分设备使用不锈钢、Monel 合金。聚酰胺树脂，其种类较多，目前生产较多的是尼龙 6、66、610、11 等。如尼龙 66，其原料乙二酸的制造装置，如溶解罐及硝酸系统，主要使用 304、347 及 430 不锈钢，其他泵类用橡胶衬里，贮罐用玻璃钢、铅衬里。

7 在肥料工业中的应用

7.1 硝铵

在硝酸铵制造装置中，中和槽、蒸发器、结晶槽、母液贮槽等主要部分可选用 430、304L、321、317 不锈钢及铝。

7.2 硫铵

硫铵的制造工艺实际是往中和槽及饱和槽中加入稀硫酸和含 NH₃ 气体制成硫铵母液，然后再析出硫铵晶体。中和槽操作条件为 110℃。中和槽、离心机、干燥机等采用 316、316L、304、304L 不锈钢，而稀硫酸罐为钢衬铅，泵为高硅铸铁，管道为衬铅或玻璃钢。

7.3 尿素

近年来尿素肥料大量使用已成为肥料发展的一个重要方向。尿素的生产是从合成氨工厂所得到的氨和 CO₂，在高温高压下反应生成尿素，然后除去过剩的氨和未反应的 CO₂、水，经结晶 → 干燥 → 融解 → 造粒，生产出 1mm 左右粒状尿素。其生产设备中腐蚀较严重的是反应器、分离器。当有空气吹入（通气）时可使用 Ti 或 316L 钢。在这种环境中，316L 合金中的铁素体部分发生选择性腐蚀，在焊接金属中由于铁素体含量更多，因而腐蚀成更为严重问题。所以，目前已规定了使用铁素体含量 0.5~1% 以下尿素级 316L。尿素厂管道可选用瑞典 2RE69。冷凝器、分离器可选用尿素级 316（3R60 尿素级）。汽提塔、分离器可选用 00Cr25Ni22Mo2N（2RE69）。

8 在食品工业中的应用

食品工业使用的不锈钢要求容易洗涤、清扫、卫生。例如制糖工业，与砂糖接触部分过去用铜、钢、铸铁。但是，铜、钢、铸铁长时间使用表面要生成黑的氧化皮，混入糖液无法分离。另外洗涤时还使用苛性钠、稀硫酸。因此，要求设备具备有良好的耐蚀性。近年来已采用了不锈钢（304、316）、Ni 和 Monel。淀粉工业一般采用 304、316。清凉饮料工业，考虑到铅、Zn、镉等金属对人体的有害影响，以及铁、铜易污染制品，影响制品风味，因此其生产设备也已过渡到使用不锈钢，—般使用 304、316。酿酒工业中的过滤器用 304，贮罐也采用 304。啤酒的原料为水、大麦、蛇麻子，麦芽经发酵、过滤、装罐、xx等过程而得产品。因此，其大部分设备均采用 304、304L。酱油生产应采用含 Mo 的 316。食醋生产装置可选用 316 或 317。调味品腐蚀性强的部分可用 316。牛乳制品的生产过程中，所有设备均可选用 304。

9 在医疗事业中的应用

医疗用的设备、器具的材料非常多，例如，外科手术用机械器具，物理疗法机械，实验用机械器具，xx、注射、诊疗用器具及医院的附属设备等等。外科设备器具首先必须清洁，而且耐xx液，耐各种药品、热水、蒸汽、血液等腐蚀。某些特殊机械类器具还要求精度、强度和耐磨。因此手术用机械、器具中的一些刃具主要用 420、431。其他设备器具可用 304、316。注射针目前用 304。假牙用 Vitallium 合金（0.3%C-62%Co-28%Cr-5.5%Mo-2.5%Ni-1.7%Fe）。人工骨关节也可用 Vitallium 或 316。

以上仅对奥氏体不锈钢在部分行业中的部分使用情况。总之，奥氏体不锈钢以其优异的性能，随着制造技术的不断进步，加之对其研究的不断深入，应用技术的逐渐成熟，在各行各业中的应用会越来越广泛。。

发布： | 时间：2010年03月30日 | 归档： | 标签： |