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          國(guó)內(nèi)外雙相不銹鋼及其應(yīng)用與發(fā)展

          時(shí)間:2019-06-13    作者:無(wú)錫不銹鋼板    瀏覽:0

          1 概況

            近年來(lái)世界雙相不銹鋼的產(chǎn)量在增長(zhǎng),大致占不銹鋼總產(chǎn)量的1%~2%。中國(guó)雙相不銹鋼的產(chǎn)量隨著不銹鋼的產(chǎn)量(2008年年產(chǎn)694.3萬(wàn)噸,鋼材自給率占82%)突飛猛進(jìn)地發(fā)展也有了較大的增長(zhǎng),2008年國(guó)內(nèi)雙相不銹鋼的粗鋼產(chǎn)量為16867噸,比2007年提高了1.6倍。

            隨著先進(jìn)工藝裝備的投產(chǎn),中國(guó)雙相不銹鋼的規(guī)格品種也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。例如太鋼的設(shè)備已可生產(chǎn)3000mm寬的中厚板、2000mm寬的熱軋卷板和0.6mm×1500mm的冷軋板卷。寶鋼可生產(chǎn)4000mm寬的中厚板和1600mm寬的熱軋卷板。又如浙江久立特材科技股份有限公司已建成全程自動(dòng)控制的鋼管熱擠壓生產(chǎn)線,為超級(jí)乃至特超級(jí)雙相不銹鋼鋼管今后的生產(chǎn)提供了可能。

            在工藝技術(shù)方面也有很大的進(jìn)展。太鋼用AOD爐冶煉含氮不銹鋼,建立了氮合金化工藝模型,可以精確控制成品中的氮含量達(dá)到±0.0135%,另外,可以將成品中P、S含量控制在較低的水平,為提高系列雙相不銹鋼產(chǎn)品的性能,尤其是含高氮雙相不銹鋼的性能提供了保證。此外,雙相不銹鋼中厚板的生產(chǎn)工藝已成熟,雙相不銹鋼的熱、冷軋板卷的生產(chǎn)完全可減少進(jìn)口,攀鋼集團(tuán)公司等一些廠家試制成功的大口徑厚壁管也都取得了突破性進(jìn)展。

            雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)在于其優(yōu)越的耐腐蝕,尤其是耐局部腐蝕性能。在鎳價(jià)波動(dòng)變化大時(shí),開(kāi)發(fā)節(jié)鎳經(jīng)濟(jì)型鋼種,使之成為重點(diǎn)推廣的產(chǎn)品。另一方面在苛刻腐蝕環(huán)境下,由于它的高性價(jià)比,開(kāi)發(fā)高牌號(hào)的鋼種也已成為重要的發(fā)展方向之一。雙相不銹鋼的另一優(yōu)勢(shì)即具有相當(dāng)于奧氏體不銹鋼兩倍的強(qiáng)度和良好的韌性,這恰恰成為近年來(lái)國(guó)外雙相不銹鋼的發(fā)展目標(biāo),即不僅用于傳統(tǒng)的造紙和化工等加工工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備,而且還利用它的高強(qiáng)度和良好的耐疲勞性能,用于重要的公用工程,如橋梁和公路建設(shè)等。

            以下就材料和應(yīng)用兩個(gè)方面大致勾畫(huà)出近年來(lái)雙相不銹鋼在鋼種開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面的發(fā)展趨勢(shì),著重?cái)⑹鋈缦隆?/span>

            2 鋼種的發(fā)展趨勢(shì)

            ①經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼

            國(guó)外開(kāi)發(fā)的較成熟的新鋼種有三種:一種由美國(guó)Armco Nitronic公司開(kāi)發(fā)并已納入ASTM A240/A240M鋼板標(biāo)準(zhǔn),牌號(hào)為UNSS32001,企業(yè)代號(hào)為19D,是一種不易產(chǎn)生δ相的新鋼種,已用于深海管道纜和汽車(chē)框架等。另一種2002年由芬蘭Outokumpu公司開(kāi)發(fā),企業(yè)牌號(hào)為L(zhǎng)DX 2101,2006年已納入美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),牌號(hào)為UNSS32101,可以制造工藝設(shè)備用于中等腐蝕環(huán)境,如造紙廠的白液罐等,潛在用途很廣。近年來(lái)尤其重視開(kāi)發(fā)用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋼種,并已成功用于橋梁等的建設(shè)。此二鋼種都是以Mn、N代Ni,降低Ni、Cr含量,其耐蝕性與304LH當(dāng),因不含Mo,故價(jià)格便宜,但不宜用于臨海的結(jié)構(gòu)。第三種是由美國(guó)Allegheny技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的AL2003鋼,已納入美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),牌號(hào)為UNSS32003,它的含鎳量為3.5%,比前兩種鋼高,并含有1.7%Mo,可用于深度達(dá)1200m的海底輸送無(wú)硫或輕度含硫油氣的高壓管道系統(tǒng)。

            結(jié)合國(guó)內(nèi)資源情況,認(rèn)為這類(lèi)鋼具有開(kāi)發(fā)價(jià)值,國(guó)內(nèi)需要在中等腐蝕環(huán)境中有較廣泛的使用前途的經(jīng)濟(jì)型雙相鋼種,目前正在進(jìn)行類(lèi)似LDX2101鋼的開(kāi)發(fā),需要進(jìn)行成分的優(yōu)化及焊接工藝和性能的深入研究。

           ?、诔?jí)和特超級(jí)雙相不銹鋼

            瑞典開(kāi)發(fā)的SAF2507雙相不銹鋼是超級(jí)雙相不銹鋼中應(yīng)用最廣泛的鋼種,已納入多國(guó)的標(biāo)準(zhǔn),它的相平衡較好,在同類(lèi)鋼種中更易于掌握生產(chǎn)工藝,尤其在高氯化物的環(huán)境中具有優(yōu)異的耐局部腐蝕性能,常用于海水熱交換器、海底油田的管道纜、海水淡化、煙氣脫硫等裝置。英國(guó)開(kāi)發(fā)了含W和Cu的Zeron100鋼,利用它良好的耐磨損腐蝕性能早已成功地用于海水噴射泵、提升泵等。從技術(shù)觀點(diǎn)來(lái)看:海上工業(yè)是使用超級(jí)雙相不銹鋼最有意義的地方,但是為了適應(yīng)目前改善的油氣回采方法的井口控制系統(tǒng)對(duì)更高耐蝕性的要求以及深海海底臨時(shí)管道和管道纜的需求,已有的鋼種在強(qiáng)度和耐蝕性上已顯不足,瑞典Sandvik公司新設(shè)計(jì)了系列特超級(jí)雙相不銹鋼SAF2906、SAF2707HD、SAF3207HD等具有強(qiáng)度達(dá)到1000MPa的超高強(qiáng)度和優(yōu)異耐蝕性的鋼種。

            同時(shí)美國(guó)Langley Alloys公司開(kāi)發(fā)的控制硫含量達(dá)0.001%,加銅的Ferralium 225-SD50鋼,不僅提高了其在海水中耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能,其強(qiáng)度也較其他超級(jí)雙相不銹鋼高出10%。

            此外,近期針對(duì)特殊用途開(kāi)發(fā)的還有用于Stamicarbon尿素汽提塔的含29%Cr,0.4%N的SAFUREX新鋼種,可代替2RE69奧氏體鋼。為處理氯化物食品槽,日本也開(kāi)發(fā)了含2%W的NARDP-3W鋼,以及抗蝕性、力學(xué)性能、成型性和焊接性更好的DP28WTM鋼。

            3 應(yīng)用的推廣和擴(kuò)大

            雙相不銹鋼的使用范圍越來(lái)越廣泛,傳統(tǒng)上是利用其優(yōu)越的耐局部腐蝕性能尤其是耐應(yīng)力腐蝕性能作為耐蝕功能材料的應(yīng)用。近年來(lái),從其強(qiáng)度著眼,雙相不銹鋼作為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用值得重視。

           ?、倩瘜W(xué)品船

            化學(xué)品船的波壁狀液貨艙也是利用雙相不銹鋼強(qiáng)度的典型之一。法國(guó)在上世紀(jì)70年代就已用不含氮的UR 5O(00Cr21Ni7Mo3Cu)鋼制造船艙,今天Industeel,Arcelor集團(tuán)公司接到的訂單中,要求用UR 45N(2205)鋼的已超過(guò)70%。根據(jù)對(duì)不銹鋼材料與運(yùn)載貨品相容性的深入研究及制鋼公司的技術(shù)支持,UR 35N(2304)也將會(huì)有很好的發(fā)展前途。

            我國(guó)湖北青山船廠在2002年就是采用Arcelor公司生產(chǎn)的UNSS3I803(2205)波壁板為比利時(shí)船東建造了第一艘18500噸級(jí)的化學(xué)品船液貨艙,而且陸續(xù)又在建造其他多艘。近期揚(yáng)子造船廠簽訂了由Outokumpu公司提供2205雙相不銹鋼的合同,制造4艘3600噸級(jí)的化學(xué)品船。

            2007年太鋼首次將國(guó)產(chǎn)2205雙相不銹鋼提供川東造船廠制造化學(xué)品船液貨艙9000噸級(jí)(使用2205約600噸)、5500噸級(jí)及3750噸級(jí),至今已供16艘船用中板并仍在陸續(xù)簽訂合同供貨。22-09焊條也由國(guó)內(nèi)提供,但焊絲仍需進(jìn)口。這是一項(xiàng)很大的突破,中國(guó)船級(jí)社也已將2205(S32205)、2507(S32750)和含銅的2506(S32550)三鋼種納入了人級(jí)規(guī)范。

           ?、诮ㄖY(jié)構(gòu)

            ·橋梁與混凝土鋼筋

            近年來(lái),世界上約有十余座橋梁使用了雙相不銹鋼,多數(shù)是步行橋。如最早的英國(guó)的York橋和瑞典的Aparte橋都是使用了2205鋼,近年來(lái),挪威新建的橋和意大利的Rffolo橋,已使用了經(jīng)濟(jì)型2101鋼。最近雙相不銹鋼也開(kāi)始用于公路橋,尤其在那些對(duì)氯化物誘導(dǎo)腐蝕敏感的結(jié)構(gòu)。

            紐約的Brooklyn大橋使用了2205鋼筋,該鋼的高強(qiáng)度和較高的伸長(zhǎng)率賦予了它優(yōu)良的抗疲勞性能,壽命比普通鋼筋高2倍以上。我國(guó)香港的昂船洲大橋,使用約2000噸2205鋼板制造橋塔上部的外表面結(jié)構(gòu),預(yù)計(jì)壽命120年免于維修。香港至深圳跨海灣長(zhǎng)3.2公里的高速公路通道大橋,約有1250噸2205和316用作高速路鋼筋。此外,武漢天興洲大橋?yàn)楣?、鐵路兩用斜拉橋,使用太鋼產(chǎn)的2205 10~20mm板20噸,切短,焊成角鋼,用作銜接橋墩與斜拉鋼筋的組件。

            ·建筑設(shè)施

            西班牙巴塞羅那使用了500噸4mm厚的2101建造了面粉儲(chǔ)倉(cāng)。美國(guó)將亞光表面加工的AL 2003薄板1500噸用于建造世界上最大的不銹鋼屋頂(卡塔爾多哈國(guó)際機(jī)場(chǎng)屋頂),印度由Outokumpu公司提供了200噸表面電解拋光的2101雙相不銹鋼板,制成Ф25mm、Ф38mm、Ф50mm三種規(guī)格20公里長(zhǎng)的焊管,將用于孟買(mǎi)街道過(guò)街天橋的扶手。

           ?、?深海油田

            由于對(duì)油氣需求的增長(zhǎng),驅(qū)動(dòng)操作者去開(kāi)采更深和更遠(yuǎn)的海底油田,快速增加了深海油井的使用。主采油平臺(tái)實(shí)施了標(biāo)準(zhǔn)化的管道纜束的運(yùn)轉(zhuǎn),以便從油井環(huán)形通路上提供水源、電源、減壓以及井上通訊。此外,為了保證油的流動(dòng)性,在許多深?;亟庸軆?nèi)要求注射化學(xué)藥劑,為了增產(chǎn),還要通過(guò)管道纜進(jìn)行油井酸化。管道纜已成為海底開(kāi)采系統(tǒng)的生命線。面臨深海暴露環(huán)境,意味著需對(duì)管道纜提出高力學(xué)性能,抗內(nèi)部和外部腐蝕,抗應(yīng)力腐蝕破裂等的要求。深海管道纜首選材料應(yīng)是超級(jí)和特超級(jí)雙相不銹鋼,但是由于價(jià)格和制造方面的問(wèn)題,又開(kāi)發(fā)出了鍍鋅的19D雙相不銹鋼(ZCLDSS),其管道纜的設(shè)計(jì)壽命為20年,目前已在推廣應(yīng)用。另外,經(jīng)濟(jì)型低鎳AL 2003鋼于2006年也已用于東馬來(lái)西亞油田深度超過(guò)1200m的海底輸油管線。加銅的Ferralium225-SD50雙相不銹鋼已成為7000m深海底放置設(shè)備和電纜的容器材料,而且被開(kāi)發(fā)用作極精確的海底定位儀和可控深海聲學(xué)釋放應(yīng)答器的壓力外殼和承載部件(7000m海深相當(dāng)700大氣壓,HI2.5噸載荷)。瑞典Sandvik新開(kāi)發(fā)的SAF 2906和SAF3207特超級(jí)雙相不銹鋼更具有超高強(qiáng)度和耐蝕性,最高工作溫度分別達(dá)到60和90℃。

            ④其他工業(yè)

            ·海水淡化

            當(dāng)前海水淡化工業(yè)正在快速增長(zhǎng),一半的廠現(xiàn)在中東,最常用的淡化方法有多級(jí)閃蒸法(MSF)和反滲透法(RO),近年來(lái),薄膜技術(shù)的進(jìn)步使RO法的使用有上升趨勢(shì)。MSF法蒸發(fā)器的冷凝器管宜采用2507雙相不銹鋼管代替鈦或銅鎳合金,閃蒸室外殼可用2205,后者已在利比亞廠采用。RO法的高壓管道和高氯化物環(huán)境的高壓泵采用2507鋼,可與含6%Mo的奧氏體鋼媲美,已用于以色列新建的Ashkelon廠。我國(guó)曹妃甸所上的項(xiàng)目即是用Outokumpu供給的300噸2205鋼板,制成了1OOm×25m×6m的多級(jí)閃蒸設(shè)備。通常120萬(wàn)噸級(jí)的處理設(shè)備即需要1萬(wàn)噸6mm厚的鋼板。我國(guó)淡水資源不足,海岸線很長(zhǎng),海水淡化將會(huì)提上日程,這將是雙相不銹鋼的潛在用途。

            ·煙氣脫硫(FGD)

            FGD系統(tǒng)用來(lái)消除燃煤電廠煙氣中的SO2,減少向大氣中的排放, 防止酸雨。預(yù)測(cè)顯示2020年以前全球三分之二的燃煤電廠都將安裝FGD裝置。目前濕法FGD裝置占優(yōu)勢(shì),主要是利用石灰石泥漿在吸收塔中中和并清洗廢氣,在該裝置人口處,高溫廢氣形成了高濃度的高溫硫酸,需要用高鉬的鎳基耐蝕合金,但與石灰泥漿反應(yīng)后升高了pH值,降低了溫度。在55℃,pH值>6,Cl-濃度30000ppm以下就可以選用2205鋼,比317LMN效果要好。Cl-濃度再高,pH值再低也可以選用超級(jí)雙相不銹鋼。加拿大Coleson Cove電廠是北美第一個(gè)在吸收塔的頂部采用360噸2205雙相不銹鋼的。中國(guó)大多數(shù)是燃煤電廠,大量的FGD系統(tǒng)上馬必將開(kāi)辟雙相不銹鋼新的市場(chǎng)。

            最近德國(guó)開(kāi)發(fā)的1.4475耐磨耐蝕雙相不銹鋼GX150CrNiMoCuN41-6-2利用其占體積25%~30%的網(wǎng)狀高鉻碳化物組成三相結(jié)構(gòu),提高了耐磨損腐蝕性能。在Niederau β em電廠用于制造FGD再循環(huán)過(guò)濾泵的葉輪,在固體顆粒量高達(dá)25%,pH值>4,氯化物含量5.5%的條件下,使用效果很好。

            以上是國(guó)外近年來(lái)在應(yīng)用方面的進(jìn)展,國(guó)內(nèi)有的剛剛開(kāi)始,有的尚未提上日程。多年來(lái)太鋼在水利工程和制鹽方面提供給三峽及萬(wàn)縣,蘭天等廠2205復(fù)合板,可喜的是太鋼已能提供超級(jí)雙相不銹鋼2507復(fù)合板用于焦化項(xiàng)目的干燥器。鎮(zhèn)海煉油廠使用2205焊管代替無(wú)縫管制造的熱交換器,廣西百萬(wàn)噸煉油廠使用1m×6.5mm板制成的焊管用作輸送管道,這在煉油廠都是新的突破,有很好的發(fā)展前景。目前板式熱交換器的制造和使用已提上日程,這對(duì)國(guó)產(chǎn)冷軋卷板提出了新的要求。近年來(lái),寶鋼五鋼公司和特種不銹鋼股份有限公司及久立集團(tuán)有限公司也都為西氣東輸工程提供了無(wú)縫鋼管頂替進(jìn)口,攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵公司試制成功了Ф295mm×45mm大口徑厚壁管,武進(jìn)不銹鋼管廠早已批量生產(chǎn)2205和2506鋼的Ф108~25mm×3~10mm鋼管。此外,在出口方面,我國(guó)為印尼造紙廠制造的紙漿蒸發(fā)罐,這一外包項(xiàng)目一期工程需要的800噸2304板和續(xù)簽的2000噸板全部由太鋼提供,同時(shí)提供給荷蘭的船用螺旋槳倒流板也有數(shù)百噸2304鋼板。雙相不銹鋼的潛在用途很廣,國(guó)內(nèi)仍有待開(kāi)發(fā)。

            4 對(duì)中國(guó)發(fā)展雙相不銹鋼的建議

            為促進(jìn)中國(guó)雙相不銹鋼的發(fā)展,建議如下:

           ?、倮枚喾N宣傳手段加大宣傳力度。

           ?、?重點(diǎn)發(fā)展需要量大,使用面廣,工藝又較成熟的牌號(hào),例如2205、2304等常規(guī)鋼號(hào)。積極推廣經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼如2101的生產(chǎn)和應(yīng)用。進(jìn)一步研發(fā)生產(chǎn)特超級(jí)雙相不銹鋼,滿足更高耐蝕性、更高強(qiáng)度、更高溫度的需求。在用途上,除繼續(xù)發(fā)展在水工業(yè)、石化、制鹽、化學(xué)品船等領(lǐng)域使用外,需要擴(kuò)大在油氣、環(huán)保、海水淡化、海洋工程、建筑結(jié)構(gòu)和制造業(yè)的換熱器、容器、儲(chǔ)罐等工業(yè)用途的發(fā)展,開(kāi)發(fā)潛在巨大的民用市場(chǎng)。

           ?、?當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)品是采用4輥軋機(jī)單張生產(chǎn)的中厚板,為提高效率,多用連軋和爐卷軋機(jī)生產(chǎn)熱軋卷板(剪切板)。擴(kuò)大應(yīng)用的關(guān)鍵需加快試制和供應(yīng)薄規(guī)格的冷軋雙相不銹鋼卷板。還應(yīng)加速生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)管材、長(zhǎng)材以及鑄、鍛件、焊材等配套產(chǎn)品。

           ?、苷莆针p相不銹鋼與奧氏體不同的焊接工藝特點(diǎn)與焊接材料的研制。

           ?、萁M織生產(chǎn)企業(yè)與使用單位上下游結(jié)合及產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合攻關(guān),加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)的交流,推進(jìn)雙相不銹鋼的發(fā)展。

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