耐硫酸不锈钢的明星- S38815

硫酸生产过程中的干燥塔和吸收塔，一般采用钢板外壳内衬耐酸瓷砖。多年生产实践表明，这种结构有诸多缺点：一是衬耐酸瓷砖的塔体渗漏率高，易发生钢壳胀裂等安全事故；二是钢壳衬砖的塔体十分笨重，且施工复杂，制造工期长，运行和维护成本高。硫酸的输运部件中，传统的耐腐蚀材料通常采用低铬铸铁、高硅铸铁、聚四氟乙烯、耐硫酸的不锈钢、20号合金等，但是这些材料各有使用范围，无法满足为各种部件所共用。

一、S38815耐硫酸不锈钢的性能

S38815是一类高硅奥氏体耐硫酸不锈钢，目前市场上有德国蒂森S38815、美国SMCS38815、日本冶金S38815等，虽然这些S38815材料牌号相同，但是其成分小异，故性能略有差别。此外，国内外典型的高硅耐硫酸钢还有加拿大Chemetics 公司开发的Saramet，瑞典Sandvik 公司开发的Sandvik-SX，德国开发的Alloy 700Si和国内有中科院金属所研发的FS-1奥氏体型沉淀硬化不锈钢，某公司开发的DS-1高硅奥氏体不锈钢。S38815系高硅不锈钢，其中硅的质量分数达到6%。据 道，该公司研发的S38815具有以下特点：一是在高温浓硫酸中具有优良的耐腐蚀性能，具备耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂的特点。二是克服高硅不锈钢存在的脆性富硅相，热加工性能较差的缺点，具备良好的塑形变形性能。表1是S38815耐硫酸不锈钢的主要化学成分表。

表1 S38815耐硫酸不锈钢的主要化学成分（质量分数，%）

硫酸用不锈钢的研究一直是国内外关注的焦点。镍基耐蚀合金以及一些高合金不锈钢耐腐蚀性能可以满足使用要求，但造价太高。因此，采用廉价元素合金化和微量元素改性以降低成本提高性能，以及采用便宜的不锈钢代替昂贵的高合金不锈钢乃至镍基合金，是当前国内外不锈钢研究的一个新热点。

硅(Si)是主要的耐蚀合金元素之一，在不锈钢、低合金钢、镍基合金乃至铸铁中均有应用。硅作为合金化元素有以下优点：（1）可提高不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能以及耐海水腐蚀性能；（2）可提高不锈钢耐强氧化性介质(如硝酸、高温浓硫酸)的腐蚀性能，并能提高不锈钢的抗高温氧化性能；（3）硅又是最便宜易得的合金化元素之一。所以高硅不锈钢堪称为物美价廉的新钢种，一直引起广大材料研究人员和使用部门的关注。

硅对提高铁基、镍基耐蚀合金在强氧化介质中的耐蚀性有明显作用。文献指出，含0.05C-16/20Cr-8/10Ni的不锈钢在25℃、4.76% H2SO4溶液中，在硅含量大于3.5%～5.5%时，腐蚀速率才降低到较低的水平。含20Cr的Fe-Cr-Ni-Co合金在130℃、99%H2SO4中的腐蚀速率和硅含量之间也有类似的关系，如图1。还有研究者用失重法、动电位阳极极化、XRD、SEM及EPMA等多种实验方法研究了四种硅含量（Si分别为0.44,4.80,5.30,6.0，质量分数%）对不锈钢在高温浓硫酸中的腐蚀行为，结果表明：高硅的加入使不锈钢的耐酸性能显著提高。认为其主要原因是硅的加入促进了不锈钢的钝化，并使其表面形成外层以SiO2、内层以Cr2O3为主的钝化膜。

图1 0.05C-16/20Cr-8/10Ni不锈钢在25℃、4.76% H2SO4溶液中（左）；Fe-20Cr-Ni-Co合金在130℃、99% H2SO4中（右）

铬 研究表明，铁、铬都难以单独在浓硫酸中获得较稳定的钝态，铁基不锈钢在浓硫酸的钝性主要是铬所带给它的，通常铬能使不锈钢形成Cr2O3或Cr OOH的钝化膜。铁-铬双元合金随铬含量的增加，耐蚀性提高，当铬含量增加到25%时腐蚀速度降到较低的数值。因此随铬含量的升高，不锈钢在浓硫酸中的耐蚀性提高。

镍是不锈钢的主要合金元素之一，但是并不是钝化膜的主要形成元素，主要用于平衡相组织、提高不锈钢工艺性。镍在浓硫酸用不锈钢中的作用主要是促进不锈钢在浓硫酸中钝化，降低致钝电流密度，提高腐蚀电位。研究表明，不锈钢中镍含量的增加对不锈钢在高温浓硫酸中的耐蚀性甚至可能产生不利影响。

钼可提高不锈钢耐还原性介质的能力，尤其是提高不锈钢耐Cl-引起的点蚀和缝隙腐蚀的能力。钼可促进不锈钢钝化，但钼在氧化性介质浓硫酸中极易产生过钝化。适量的钼可通过铬钼的复合作用提高不锈钢在浓硫酸中的耐蚀性，而过量的钼对不锈钢在浓硫酸中的耐蚀性不利。

铝和锰是脱氧剂或是原料所带入不锈钢的，在不锈钢中的含量相对较少。锰对不锈钢在浓硫酸中的耐蚀性影响不大，而铝通过与铬、硅的复合作用，对不锈钢的在浓硫酸中的耐蚀性有利。

二、S38815耐硫酸不锈钢的应用

S38815耐硫酸不锈钢可用于硫酸厂等企业的硫酸装置中，分别作为干燥塔、吸收塔的内衬，以及配套使用的高硅奥氏体不锈钢制作塔内的填料支撑装置及分酸器。在硫酸生产中，目前主要用于塔内填料支撑装置的相关部件，如箅子板、梁与梁支座，以及管式分酸器的喷嘴等。还可在高温浓硫酸输送系统作为泵壳、叶轮及相关管件等的耐腐蚀材料。其不锈钢板可制造槽式分酸器，铸材也可做管式分酸器。若在轧制无缝管方面取得成效,则可制作管壳式酸冷却器用于高温浓硫酸的冷却(不必附设阳极保护)，还可用于各种不同的冷却介质(包括海水)，维修工作量少。

三、结语

S38815高硅奥氏体不锈钢适用于硫酸装置中吸收塔和干燥塔的防腐蚀衬里，代替传统的耐酸瓷砖防腐蚀衬里层。克服了原塔体笨重、内衬施工复杂，施工周期长等不足。该钢种的国内研发成功，推进了硫酸生产装备升级，提升了装备制造水平，改变了该产品主要依赖和受限于进口的局面。此外，通过用硅代替部分铬，仍可使钢有良好的耐蚀性，这样也为节约铬开辟了新的途径。

参考文献

1. 邱德良,刘焕安,赵成永. 高硅奥氏体不锈钢在高温浓硫酸中的应用与前景[J].硫磷设计与粉体工程,2006,(06):33-36+54.
2. 马艳红,黄元伟. 高硅对不锈钢耐高温浓硫酸腐蚀行为的影响[J].上海金属,1999，21(5):27-32.
3. 欧阳明辉,刘焕安,叶际宣. 不锈钢在浓硫酸中的腐蚀探讨[J].全面腐蚀控制,2015,(08):39-44.
4. 李志强.耐浓硫酸用高硅不锈钢和高硅镍合金研究现状与趋势[J].化工机械,1998,(01):52-58+63.
5. 刘焕安. 硫酸用不锈钢研究发展综述[J]. 硫酸工业,1999,(01):3-18+59.
6. http://finance.sina.com.cn/roll/2017-04-21/doc-ifyepsra4946615.shtml[OL]. 永兴特种不锈钢股份有限公司关于替代进口新产品耐高温浓硫酸高硅不锈钢S38815研发成功的公告.