用于尿素工業(yè)的特殊不銹鋼材料

?尿素生產(chǎn)過程的發(fā)展對(duì)構(gòu)造材料及其制造提出了更高的要求，以適應(yīng)更為苛刻的使用條件。為了防止在使用中所遇到的強(qiáng)烈腐蝕問題，必須使用具有高標(biāo)準(zhǔn)的，不含非金屬雜質(zhì)，成分均勻，可焊性好的特種不銹鋼。
??? 幾十年來，Sandvik Material Technology完成了生產(chǎn)過程的多項(xiàng)重大改進(jìn)，從而進(jìn)一步提高了供尿素工業(yè)使用的不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量，如Sandvik 2RE69等等。而近些年研制開發(fā)出的新品種SafurexR雙向不銹鋼材，可以應(yīng)用于傳統(tǒng)尿素鋼所不能使用的地方。

1?? 高級(jí)不銹鋼生產(chǎn)中冶金技術(shù)的發(fā)展

1.1? 管材制造

??? 方坯經(jīng)過高溫處理并熱加工成為鋼棒以后，再通過熱擠壓制造成母管。此后再進(jìn)行皮爾格式冷軋、脫脂、退火和整修。精度要求很高以獲得完美的內(nèi)外表面。
??? 如果制造很長(zhǎng)的管材，則需要一個(gè)特殊的生產(chǎn)裝置，這個(gè)生產(chǎn)裝置原先是為制造核電工業(yè)用蒸汽發(fā)生器管而建造的。在這里可以用2RE69鋼材生產(chǎn)甲銨冷凝器用的U形彎管，其長(zhǎng)度可達(dá)28 m。常規(guī)生產(chǎn)程序如下：第一步操作是冷加工，本處則為皮爾格式冷軋，用的是由Sandvik設(shè)計(jì)的兩臺(tái)雙機(jī)。皮爾格式冷軋以后，便進(jìn)行內(nèi)外除油，然后是目測(cè)檢查并在光亮退火爐中進(jìn)行熱處理，其中用氫作為保護(hù)氣體進(jìn)行操作。最后，將管子矯直。
??? 上述工序完成之后就進(jìn)行無損測(cè)試、修整，以及取樣作破壞性試驗(yàn)。如果要交付U形管，那么按直管進(jìn)行檢驗(yàn)和試驗(yàn)后，按長(zhǎng)度分類。接著進(jìn)行彎曲、渦流檢驗(yàn)，將兩根管柱切成規(guī)定的長(zhǎng)度、內(nèi)部清洗、用塑料塞子封住管的兩端，以及按彎曲半徑分類。再進(jìn)一步檢查表面、用合適的箱盒包裝和交貨。

1.2? 尿素鋼在性能方面的優(yōu)勢(shì)

??? 供尿素工業(yè)用的高級(jí)不銹鋼是按照許可證發(fā)出者（在歐洲主要是由Stamicarbon和Snamprogetti等）所制訂的各種規(guī)范交貨的，而Huey試驗(yàn)中的一般性以及選擇性腐蝕的極限值用來研究不同冶金因素的影響是很有效的。表1為24爐2RE69（經(jīng)AOD）的熔煉分析。
??? 表1說明2RE69具有極佳的成分均勻性，該表表明1981～1985年采用連續(xù)鑄造和非連續(xù)鑄造工藝，用AOD方法熔化的2RE69熔煉分析中的元素分布情況。主要合金元素和碳、硫、磷等雜質(zhì)都在表中列出。

??? 除了鋼的均質(zhì)性較好和成分組成偏差較少外，連續(xù)鑄造還大大減少了鋼中的非金屬雜質(zhì)。氧化物及硫的含量均有降低。不管這些雜質(zhì)大小如何，但其數(shù)量均降至原先標(biāo)準(zhǔn)水平的1/3和1/5。眾所周知，不含非金屬雜質(zhì)對(duì)于降低尿素鋼中選擇性腐蝕是非常重要的。
??? 2RE69對(duì)于冶金方法的微小變化不如3R60那么敏感，即使如此，我們還是可以看出冶金方法與產(chǎn)品特性之間的關(guān)系。利用現(xiàn)有的技術(shù)，Sandvik Material Technology 獲得了非常均勻的質(zhì)量，從而保證Huey試驗(yàn)數(shù)字可以保持在一個(gè)恒定的低水平。

圖1? 2RE69 Huey實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

??? 圖1說明連續(xù)鑄造對(duì)于2RE69進(jìn)行Huey試驗(yàn)數(shù)字的有益影響。對(duì)于1981～1982年間制造的一系列爐鋼進(jìn)行了腐蝕速率的測(cè)定，共有283個(gè)值。這個(gè)數(shù)字包括連續(xù)鑄造的AOD爐鋼的數(shù)字。腐蝕數(shù)值總是很低，在連續(xù)鑄造的爐鋼中沒有發(fā)現(xiàn)選擇腐蝕。

1.3? 用于氨汽提塔的雙金屬管

??? 汽提塔采用雙金屬管的新設(shè)計(jì)由Snamprogetti公司推出，并應(yīng)用于其尿素生產(chǎn)工藝。它的外層材質(zhì)為2RE69，內(nèi)層為鋯合金702。這種雙金屬管將兩個(gè)部分通過機(jī)械作用復(fù)合而成，能確保內(nèi)層的牢固定位和管壁的良好導(dǎo)熱性能。
??? 過去采用的鈦合金管在非常惡劣的工作環(huán)境中一般表現(xiàn)較好。然而，其內(nèi)管壁可能出現(xiàn)的局部侵蝕會(huì)導(dǎo)致汽提塔的提前報(bào)廢。在此類工作環(huán)境中鋯合金的抗腐蝕和沖刷腐蝕性能均優(yōu)于鈦合金。因此，抗蝕內(nèi)管只需較薄的一層即可，因?yàn)?2RE69的外管能提供足夠的強(qiáng)度。由于管板堆焊時(shí)采用2RE69型焊材（B25.22.2.LMn），管對(duì)管板的焊接也可選用2RE69型焊材（W25.22.2.LMn或E25.22.2.LMn）。
??? 以上設(shè)計(jì)能夠節(jié)約資金，因?yàn)榕c2RE69相比，鈦合金的加工復(fù)雜且成本很高。新設(shè)計(jì)既可提高抗腐蝕／侵蝕性能，又能節(jié)省制造費(fèi)用。另外雙金屬管較鈦合金管壁薄，外徑減小，新型汽提塔結(jié)構(gòu)因而更為緊湊。

1.4? Sandvik Safurex

??? 山特維克與Stamicarbon合作開發(fā)了新合金材料Safurex，用于Stamicarbon的尿素設(shè)備。與2RE69相比，其主要優(yōu)勢(shì)是在較低含氧條件下也可鈍化。減少含氧量有很多好處，如在低氧條件下，可省去高壓洗滌器,這將會(huì)減少總體成本。注入氧氣量減少,系統(tǒng)中所含惰性氣體較少，這有助于改善生產(chǎn)能力。原則上,減少氧含量,則與甲銨接觸的所有材料都需要是Safurex材質(zhì)。到目前為止,在所有高壓設(shè)備中已有全部用Safurex材質(zhì)的。許多工廠用Safurex制成的設(shè)備已運(yùn)轉(zhuǎn)若干年，運(yùn)行結(jié)果良好，且確認(rèn)Safurex不同形式的產(chǎn)品其抗腐蝕能力均為優(yōu)良，包括焊接區(qū)和熱影響區(qū)。
??? 如果汽鍋中的水不小心被氯污染，Stamicarbon舊式的用垂直管制成的高壓甲銨冷凝器將產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。316L尿素級(jí)和2RE69都可抵御該腐蝕。新的Safurex抵御該腐蝕的性能更優(yōu)，并且在常規(guī)服役條件下，SCC被消除。Safurex完全替代316L尿素級(jí)的第一臺(tái)高壓甲銨冷凝器自1999年8月，在波蘭的Zaklady Chemiczne“Police”Sa投用，一直運(yùn)轉(zhuǎn)至今。運(yùn)行一年后，對(duì)冷凝器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其性能優(yōu)越。此后，另外又有四臺(tái)冷凝器已被安裝或正在制造。冷凝器、汽提塔、洗塵器、管道和合成器盤等主要設(shè)備均已用Safurex生產(chǎn)。所有這些都說明使用Safurex已生產(chǎn)了大量設(shè)備，并且基于各種設(shè)備的制造積累了豐富的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。

2?? 尿素裝置中的焊接

2.1? 堆焊

??? 在汽提塔或尿素設(shè)備的冷凝器中，管板防腐蝕性能良好也是必要的。出于對(duì)強(qiáng)度和費(fèi)用的考慮，常常用碳鋼管板進(jìn)行堆焊來獲得上述效果。端面也同樣需要堆焊或用適當(dāng)?shù)牟讳P鋼材料來襯里。
??? 最常見的堆焊方式有用焊帶進(jìn)行電渣堆焊（ESW）或埋弧堆焊（SAW）。獲得國際認(rèn)可的2RE69類型的熔敷層。無論是電渣焊還是埋弧焊均可使用山特維克B25.22.2.LMn牌號(hào)的焊帶，規(guī)格60×0.50mm，一般要焊2～3層。這兩種焊接方法的焊劑都是基本型的，以使熔敷層的抗腐蝕性能達(dá)到最佳。反應(yīng)器的殼層可用改良型316L板做內(nèi)襯，但其抗腐蝕性能要好，才能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。如果工作環(huán)境隨著溫度和壓力的上升對(duì)材料要求更高時(shí)，采用2RE69板材做襯里或用山特維克B25.22.2.LMn焊材堆焊會(huì)更有利。

2.2? 管對(duì)管板焊接

??? 管對(duì)管板焊接的最常見方法有手工或機(jī)械TIG焊（鎢極惰性氣體保護(hù)焊）和手工金屬弧焊。2RE69管材必須與用25Cr/22Ni/2MoN堆焊的管板進(jìn)行焊接，焊材應(yīng)使用山特維克W25.22.2.LMn的TIG焊法或山特維克藥皮焊條，牌號(hào)E25.22.2.LMnB。

2.3? 焊縫修復(fù)

??? 許多舊式容器都曾用316L尿素級(jí)材料做內(nèi)襯，投入使用多年后必須對(duì)其進(jìn)行焊縫修復(fù)或替換部分襯里。焊接多在原處操作，所以最廣泛使用的焊法是手工焊。針對(duì)316L尿素級(jí)或2RE69型材料的內(nèi)襯，我們推薦山特維克E25.22.2.LMnB牌號(hào)的藥皮焊條。這種基本型焊條適用于各種位置的焊接。由于合金含量較高，它還適合用來焊接母材和其內(nèi)襯。

3?? 優(yōu)質(zhì)不銹鋼應(yīng)用于尿素工業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)

??? 自1972年起，山特維克鋼材公司向世界各地為數(shù)甚巨的汽提塔、分解器和冷凝器的制造提供了2RE69的管材。Stamicarbon和Snamprogetti 公司都指定將用它制造冷凝器。
??? 眾所周知，尿素設(shè)備的工作條件是相當(dāng)惡劣的。只有正確地選擇材料并恰當(dāng)?shù)乜刂乒に嚥拍軌蛉〉幂^長(zhǎng)的工作壽命。70年代早期，首次完整的設(shè)備安裝就是采用了2RE69。約二十年后的今天，2RE69在休伊試驗(yàn)中的低腐蝕速率與實(shí)際工作壽命都是首屈一指的。有些設(shè)備甚至令人不可思議地運(yùn)行了二十多年。2RE69從熔煉到出成品管的整個(gè)生產(chǎn)過程都在嚴(yán)密控制之下，這已被證明是其優(yōu)良品質(zhì)和長(zhǎng)久工作壽命的根本原因。