摘要：在石油化工生产过程中，因生产工艺的特殊性，需要使用大量的特殊性能材料，运用较为广泛的是特殊性能钢，该类钢材种类较多，具有特殊的物理和化学性能。本文对化工机械制造中特殊钢的使用进行了概述，并对特殊性能钢的种类与应用进行了介绍，以期为特殊性能钢的推广与发展提供借鉴。
关键词：特殊性能钢；化工机械制造；应用
引言：化工生产的典型特点是高温、高压、腐蚀、有毒、易燃易爆等，复杂的条件对设备材料提出了特殊要求，而各种材料的性质和特性既相互联系又互相矛盾，合理选择材料是设备制造的首要工作，特殊性能钢的特殊性能使得该类材料在化工生产中运用广泛。本文通过对特殊性能钢在化工机械制造中的应用深入研究，有利于特殊性能钢进一步的推广和运用。
一、化工机械行业对材料的要求
传统的石油、化工生产过程较为复杂，温度从低温到高温，压力从真空到高压，介质具有易燃、有毒及强腐蚀性等特点，而大多数生产过程是在化工设备内进行的，这些设备在工作时不仅需要承受较高的压力，还常常处于高温和低温状态，同时内部介质强烈的腐蚀性使得化工机械设备对材料的选择较为严格。保证高强度又同时具备良好的塑性、韧性、化学稳定性和可焊性是化工机械行业对材料的基本要求。由于化工生产的特殊性，材料的选择是化工机械设备质量保证的重要环节，虽然化工机械制造涉及的材料多种多样，但使用较多的还是钢材。目前化工机械设备钢材已形成三大基本类别，即碳素钢、低合金钢和合金钢三大类别。
碳素钢强度较低但延性和可焊性良好，能适应化工设备制造的各种需求；钢材中加入少量合金元素，如Cr、Mn、Mo、B等形成的低合金钢可显著提高钢的强度、塑性、韧性和加工淬透性；合金钢中最常见的是高铬镍合金钢，主要使用在抗腐蚀、抗高温氧化或特高温环境中，在高温高压反应容器中使用广泛。
二、化工设备中特殊性能钢的种类与应用
1、不锈钢
在自然条件下，可以避免受到大气腐蚀或者在工业介质中有耐腐蚀性的钢被称之为不锈钢。不锈钢是不锈钢与不锈耐酸钢的统称，可以避免大气腐蚀的钢被称为不锈钢，而在某些化学介质影响下可以防止受到腐蚀的则被称为不锈耐酸钢。
1897年，Berthier首先在钢中加入了铬元素，1909年Gulllet
开展了关于铬-镍钢的研究，成为了奥氏体不锈钢发展的前驱。直到1913年，HarryBrearly才实现了商业不锈钢的开发，为此后不锈钢的研发、生产奠定了基础。根据不锈钢中相成分的不同，不锈钢可分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢等；根据化学成分含量的差异，可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰不锈钢等。
（1）铁素体不锈钢
铁素体不锈钢是指含Cr量在11%～30%区间的 Fe-Cr 或 Fe-Cr-Mo 合金，其使用状态下的显微组织以铁素体为主，它具有较强的抗氯化物应力腐蚀能力、抗海水局部腐蚀性以及耐高温氧化性，由于间隙元素C、N的存在，会导致其韧性下降、易于发生晶间腐蚀、焊接性能和加工成形性能变差。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，广泛用于硝酸及食品工厂设备、燃气轮机零件等。
（2）马氏体不锈钢
马氏体不锈钢的含碳量为0.1%～0.4%，含铬量为13%～18%，是可以通过热处理对其性能进行调整的不绣钢，因马氏体组织具有较高的强度(硬度)和耐磨性，该类不锈钢广泛应用于刀具、汽轮机叶片、轴承、阀门、结构件和耐磨件等部件。
（3）奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢含铬量大于18％，还含有8％左右的镍及少量钼、钛、氮等元素，按成分可分为Cr-Ni系和Cr-Mn-N系两个系列。因钢材中含有大量的Ni和Cr，使得钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢综合性能好，可耐多种介质腐蚀，具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，是制作耐酸设备的主要材料，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。
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（4）奥氏体一铁素体双相不锈钢
奥氏体和铁素体不锈钢是最有代表性的双相不锈钢，常用的是3RE60(00Cr18Ni8MO3Si2)，其物理特性介于奥氏体和铁素体之间，相对更为接近铁素体和碳钢。双相不锈钢对晶间腐蚀敏感性较小，原因在于该不锈钢的双相结构较低的含碳量。最早的锻制双相钢于1930年在瑞典投产，以解决当时高碳奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题。双相不锈钢抗腐蚀性能较好，但由于其焊接热影响区过多的铁素体析出，大大降低了其韧性和抗腐蚀能力。现代双相钢通过氮元素的合金化，使得焊接热影响区的韧性和抗腐蚀性能都接近基体材料，具备了耐腐蚀、高强度等突出优点，广泛运用于化工生产各个领域。
（5）奥氏体一马氏体双相超高强度不锈钢
这类钢的镍含量较低，使钢在淬火后有不稳定的奥氏体，在冷处理和塑性变形时奥氏体发生马氏体转变，通过沉淀硬化，析出金属间化合物使马氏体进一步被强化，形成双相结构。这类双相钢具有奥氏体不锈钢的优点，易于加工成形；同时也具有马氏体不锈钢的优点，具备很强的力学性能，因此能满足航空航天设备零件和军工机械制造的要求，常用的有0Crl7Ni4Cu4Nb、4Cr15Ni7M02等。
2、耐热钢
耐热钢是指在高温下具有较高的强度和良好化学稳定性的合金钢，包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢需要有较好的化学稳定性，但承受的载荷较低，热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。
常用耐热钢
①抗氧化钢
铁素体型抗氧化钢含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁索体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力，但高温强度较低、室温脆性较大、焊接性差，如1Cr13SiAl，ICr25Si2等，一般用于制作载荷较低而高温抗氧化性要求较高的部件。
②奥氏体型抗氧化钢
含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好，通常用作600℃以上工作环境的热强材料，典型钢种有1Crl8Ni9Ti、1Cr23Nil3等。
热强钢
①珠光体型钢
材料中合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5%，其组织除珠光体、铁索体外，还包括贝氏体。
②马氏体型钢
材料中含铬量一般为10%～13%，在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。
3、耐磨钢
耐磨钢是指在冲击和磨损条件下使用的高锰钢，主要成分是碳和锰，其中含碳量为0.9%～1.5%，含锰量为11%～14%。其牌号表示为：ZG(“铸钢”二字汉语拼音声母)+Mn+数字(钢中锰的质量百分数)，广泛用于矿山机械、石油化工、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门。
三、结束语
化工生产特殊的生产条件决定了对材料的特殊要求，介质对设备的腐蚀仍然是突出问题，随着石油化工、军事工业及海洋开发的迅速发展，传统的特殊性能钢已无法适应特殊行业和特殊领域的使用要求，特殊性能钢也向功能性和特殊性方向发展，未来特殊性能钢研究方向将集中在材料的纯净化、细晶或超细晶、高耐热、强抗氧化和强耐腐蚀等方面，将会出现超级双相不锈钢、含氮不锈钢等新型不锈钢。
参考文献
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[4]汪国靖.不锈钢的种类、制备技术及其新发展.2015年7月
论文作者:杨松
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/10
标签：不锈钢论文; 奥氏体论文; 性能论文; 化工论文; 材料论文; 高温论文; 强度论文; 《基层建设》2017年第11期论文;