254SMO與1.4529、AL6XN的比較

眾所周知，二氧化硫是大氣污染、形成有損于自然、環(huán)境和人身健康酸雨的主要介質(zhì)之一。由于這個(gè)原因，許多火力發(fā)電廠都開始使用煙氣脫硫裝置以減少硫的排放量。幾十年來，不銹鋼作為建筑材料已經(jīng)成功地、廣泛地應(yīng)用在吸收塔、內(nèi)部件、阻尼器等結(jié)構(gòu)中。使用不銹鋼是一個(gè)非常有經(jīng)濟(jì)效益的解決方案，具有設(shè)備壽命長、易采購和低維修成本等特點(diǎn)。根據(jù)腐蝕環(huán)境的不同，可以選用不同種類的不銹鋼，而超級奧氏體不銹鋼常常用于腐蝕條件較為苛刻的部位。

目前市場上有幾種經(jīng)常在煙氣脫硫裝置使用的超級奧氏體不銹鋼。它們的化學(xué)成份是基本相同的，均含有大約20%的鉻、6.0%的鉬和0.20%氮。這類超級奧氏體不銹鋼的典型鋼種分別是：瑞典Avesta的254SMO、德國Krupp VDM的Cronifer 1925hMo(1.4529)及美國Allegheny Ludlum的AL-6XN等。

本文就這類超級奧氏體不銹鋼在煙氣脫硫裝置的應(yīng)用進(jìn)行了探討合金的發(fā)展.

在現(xiàn)行的美標(biāo)(ASTM)中，可以找到三種超級奧氏體不銹鋼，見表一。當(dāng)中，只有254SMO是有針對性的、為提高材料的耐點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕能力、同時(shí)保證厚板的可焊性而研制、開發(fā)出來的。1978年末，254SMO開始大量商業(yè)化生產(chǎn)，并應(yīng)用于不同工業(yè)中腐蝕環(huán)境苛刻的部位。

N08367是在其原有鋼種的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。其原型含有大約20%的鉻和6.0%的鉬，但沒有氮。由于缺氮，只能生產(chǎn)較薄的鋼帶和薄壁熱交換器管，否則會(huì)有σ相析出，導(dǎo)致其韌性和耐蝕性的下降。含有0.20%氮的改進(jìn)型于八十年代初引進(jìn)市場。(6XN)

N08926是一個(gè)通過加入氮、對老牌鋼種904L改進(jìn)后的型號。最初型號的氮含量也較低。直到八十年中旬，氮含量為0.20%、目前的型號才開始逐漸成熟.(1.4529)標(biāo)準(zhǔn)

雖然三個(gè)鋼種都包含在美標(biāo)(ASTM)中，但只有254SMO和N08926包含在新執(zhí)行的、同意的歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN)中，而N08367卻沒有，見表一。研究表明，鉻、鉬和氮元素對提高不銹鋼耐腐蝕性能有決定性的作用。表一給出了三個(gè)超級奧氏體不銹鋼這些元素的含量。而它們的作用可以通過如下公式來體現(xiàn)的。其中PRE值越大，耐蝕性也越高。

公式：PRE = %鉻+3.3%鉬+16%氮 (1)

表一 根據(jù)歐標(biāo)和美標(biāo)、三種超級奧氏體不銹鋼影響其耐腐蝕性能元素的含量。

標(biāo)準(zhǔn) 鋼種 鉻 鉬 氮 PRE1 典型廠標(biāo)

EN 1.4547 19.5 -20.5 6.0-7.0 0.18-0.25 42.2 254 SMO

ASTM3 ASTM S31254 19.5-20.5 6.0-6.5 0.18-0.22

EN 1.4529 19.0-21.0 6.0-7.0 0.15-0.25 41.2 1925hMo/1.4529

ASTM ASTM N08926 19.0-21.0 6.0-7.0 0.15-0.25

EN na - - - 42.7 AL 6XN

ASTM ASTM N08367 20.0-22.0 6.0-7.0 0.18-0.25

1: 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中最小值計(jì)算

2： EN 歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

3：ASTM 美國標(biāo)準(zhǔn)。

4：不存在。

254SMO是瑞典Avesta公司的專利注冊商標(biāo)。

AL-6XN美國Allegheny Ludlum公司的專利注冊商標(biāo)。

可以看到，所有重要化學(xué)成份的含量均是很接近的。PRE值也處于同一水平。值得一提的是，現(xiàn)代煉鋼法的精度非常高。也就是說將價(jià)格較高元素的含量控制在標(biāo)準(zhǔn)的下限是很容易做到的（為了降低成本）。

這三種超級奧氏體不銹鋼化學(xué)成分中最大的差別在于鎳含量。N08926和N08367的鎳含量為25%，而254SMO的只有18%。但鎳元素對材料的耐腐蝕性幾乎沒有影響，見公式(1)。

不同標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)械性能的要求是不一樣的，但化學(xué)成份的差別是很小的。

在市場上流行的、三種超級奧氏體不銹鋼典型鋼種也在表一中給出。

耐腐蝕性能

所有鋼種都是針對氯離子環(huán)境中點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕問題而開發(fā)的。而且合金設(shè)計(jì)原理也是相同的，即：所有都采用“20鉻 + 6鉬 + 0.2氮”原理。結(jié)果就是它們的PRE值均在41~43范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它高合金化不銹鋼如904L等。但這三個(gè)鋼種之間的差別是非常小的。

尋找這些鋼種之間差別最可靠的方法就是進(jìn)行對比試驗(yàn)。盡管已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但不同實(shí)驗(yàn)室，甚至在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。樣品的取樣與準(zhǔn)備，如表面處理和焊后處理等都對試驗(yàn)結(jié)果有決定性影響。

最可靠的方法當(dāng)然是通過一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果對其沒有經(jīng)濟(jì)利益的中間機(jī)構(gòu)來進(jìn)行對比試驗(yàn)。 3 (4)

Davies 和 Potgieter于一九九九年在南非(Causes and remediation of corrosion failure of duplex stainless steel equipment in a PVC plant, Proc. 14th ICC Congress, Cape town)和后來二零零零年五月(Materials Performance)均描述了這樣的試驗(yàn)。他們要為一個(gè)PVC工廠中改造螺旋式

熱交換器提供材料建議。他們的基本指導(dǎo)思想是使用6.0%鉬超級奧氏體不銹鋼。為了能比較N08926和254SMO哪一個(gè)鋼種更適合，在80°C的NaCl溶液中進(jìn)行試驗(yàn)來決定其點(diǎn)腐蝕電位。試驗(yàn)的結(jié)論是“ 254SMO比N08926有更好的耐點(diǎn)腐蝕能力?！?/p>

Malik博士就職于沙特阿拉伯的SWCC(沙特阿拉伯國家海水淡化管理機(jī)構(gòu))腐蝕實(shí)驗(yàn)室。他對254SMO和N08367比進(jìn)行了另一種比較。SWCC在其反滲透法的海水淡化裝置中有很好的使用254SMO的經(jīng)驗(yàn)。他們想知道N08367是否也可以使用。為此，對N08367進(jìn)行了比較試驗(yàn)。他們選用了316L和254SMO作為對比材料。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)N08367是夠用的。但同時(shí)他也發(fā)現(xiàn)“對比材料254SMO比N08367 有更高的點(diǎn)腐蝕電位Epit,從而說明對比材料(254SMO)有更好的耐點(diǎn)腐蝕能力。” [Corrosion performance evaluation of super-austenitic stainless steel UNS N08367, Proc. Desalination and reuse, International Desalination Association, Bahrain 2002]。

材料的選擇

不銹鋼的選擇必須依據(jù)煙氣脫硫裝置中腐蝕環(huán)境(如氯離子含量、酸堿度和溫度等)和裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來進(jìn)行。其中耐蝕性是主要性能之一。綜上所述，這三個(gè)超級奧氏體不銹鋼在耐氯離子腐蝕方面具有相同的水平。除此之外，材料的可采購性、材料的生產(chǎn)規(guī)格都是很重要的因素。254SMO可以以卷板形式生產(chǎn)，最大寬度為兩米。這給設(shè)計(jì)、節(jié)省材料方面帶來很大的便利。同時(shí)，由于其鎳含量較低，所以其價(jià)格受鎳價(jià)的影響也較少。

254SMO的應(yīng)用業(yè)績

由于其極好的耐腐蝕性能，254SMO已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在煙氣脫硫裝置。在美國、德國、西班牙、芬蘭、瑞典、奧地利和中國等國家254SMO均被選用。主要使用部位有：吸收塔的塔體、煙道、檔門板、內(nèi)件、噴淋系統(tǒng)等。使用情況良好，至今沒有發(fā)現(xiàn)失效情況。

結(jié)論

1. 6.0%鉬超級奧氏體不銹鋼N08926、254SMO和N08367在化學(xué)成份(特別是影響耐蝕性元素)的差別是非常小的，對其耐點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕能力沒有較大的影響。

2. 該結(jié)論是不同實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果，并發(fā)表于較大的國際會(huì)議和較有影響的學(xué)術(shù)雜志上。

4(4)

3. 6.0%鉬超級奧氏體不銹鋼254SMO很早就應(yīng)用于煙氣脫硫裝置中的不同部位，并有很好的業(yè)績。

4. 由于鎳目前處于高價(jià)位，所以采用254SMO會(huì)給您帶來不小的經(jīng)濟(jì)效益，且不會(huì)影響使用效果。

5．254SMO最早發(fā)明后，由于有專利注冊，別的公司只能添加鎳來避免專利注冊范圍，所以才會(huì)有其他幾種合金，但會(huì)增加成本。