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国内外双相不锈钢及其应用与发展
作者:   来源:   日期: 2013-10-13 15:54:16  人气:  【字体: T  T


1 概况
  近年来世界双相不锈钢的产量在增长,大致占不锈钢总产量的1%~2%。中国双相不锈钢的产量随着不锈钢的产量(2008年年产694.3万吨,钢材自给率占82%)突飞猛进地发展也有了较大的增长,2008年国内双相不锈钢的粗钢产量为16867吨,比2007年提高了1.6倍。
  随着先进工艺装备的投产,中国双相不锈钢的规格品种也有了长足的进步。例如太钢的设备已可生产3000mm宽的中厚板、2000mm宽的热轧卷板和0.6mm×1500mm的冷轧板卷。宝钢可生产4000mm宽的中厚板和1600mm宽的热轧卷板。又如浙江久立特材科技股份有限公司已建成全程自动控制的钢管热挤压生产线,为超级乃至特超级双相不锈钢钢管今后的生产提供了可能。
  在工艺技术方面也有很大的进展。太钢用AOD炉冶炼含氮不锈钢,建立了氮合金化工艺模型,可以精确控制成品中的氮含量达到±0.0135%,另外,可以将成品中P、S含量控制在较低的水平,为提高系列双相不锈钢产品的性能,尤其是含高氮双相不锈钢的性能提供了保证。此外,双相不锈钢中厚板的生产工艺已成熟,双相不锈钢的热、冷轧板卷的生产完全可减少进口,攀钢集团公司等一些厂家试制成功的大口径厚壁管也都取得了突破性进展。
  双相不锈钢的优势在于其优越的耐腐蚀,尤其是耐局部腐蚀性能。在镍价波动变化大时,开发节镍经济型钢种,使之成为重点推广的产品。另一方面在苛刻腐蚀环境下,由于它的高性价比,开发高牌号的钢种也已成为重要的发展方向之一。双相不锈钢的另一优势即具有相当于奥氏体不锈钢两倍的强度和良好的韧性,这恰恰成为近年来国外双相不锈钢的发展目标,即不仅用于传统的造纸和化工等加工工业领域的设备,而且还利用它的高强度和良好的耐疲劳性能,用于重要的公用工程,如桥梁和公路建设等。
  以下就材料和应用两个方面大致勾画出近年来双相不锈钢在钢种开发和应用方面的发展趋势,着重叙述如下。
  ①经济型双相不锈钢
  国外开发的较成熟的新钢种有三种:一种由美国Armco Nitronic公司开发并已纳入ASTM A240/A240M钢板标准,牌号为UNSS32001,企业代号为19D,是一种不易产生δ相的新钢种,已用于深海管道缆和汽车框架等。另一种2002年由芬兰Outokumpu公司开发,企业牌号为LDX 2101,2006年已纳入美国标准,牌号为UNSS32101,可以制造工艺设备用于中等腐蚀环境,如造纸厂的白液罐等,潜在用途很广。近年来尤其重视开发用于基础结构的钢种,并已成功用于桥梁等的建设。此二钢种都是以Mn、N代Ni,降低Ni、Cr含量,其耐蚀性与304LH当,因不含Mo,故价格便宜,但不宜用于临海的结构。第三种是由美国Allegheny技术公司开发的AL2003钢,已纳入美国标准,牌号为UNSS32003,它的含镍量为3.5%,比前两种钢高,并含有1.7%Mo,可用于深度达1200m的海底输送无硫或轻度含硫油气的高压管道系统。
  结合国内资源情况,认为这类钢具有开发价值,国内需要在中等腐蚀环境中有较广泛的使用前途的经济型双相钢种,目前正在进行类似LDX2101钢的开发,需要进行成分的优化及焊接工艺和性能的深入研究。
  ②超级和特超级双相不锈钢
  瑞典开发的SAF2507钢是超级双相不锈钢中应用最广泛的钢种,已纳入多国的标准,它的相平衡较好,在同类钢种中更易于掌握生产工艺,尤其在高氯化物的环境中具有优异的耐局部腐蚀性能,常用于海水热交换器、海底油田的管道缆、海水淡化、烟气脱硫等装置。英国开发了含W和Cu的Zeron100钢,利用它良好的耐磨损腐蚀性能早已成功地用于海水喷射泵、提升泵等。从技术观点来看:海上工业是使用超级双相不锈钢最有意义的地方,但是为了适应目前改善的油气回采方法的井口控制系统对更高耐蚀性的要求以及深海海底临时管道和管道缆的需求,已有的钢种在强度和耐蚀性上已显不足,瑞典Sandvik公司新设计了系列特超级双相不锈钢SAF2906、SAF2707HD、SAF3207HD等具有强度达到1000MPa的超高强度和优异耐蚀性的钢种。
  同时美国Langley Alloys公司开发的控制硫含量达0.001%,加铜的Ferralium 225-SD50钢,不仅提高了其在海水中耐点蚀和缝隙腐蚀性能,其强度也较其他超级双相不锈钢高出10%。
  此外,近期针对特殊用途开发的还有用于Stamicarbon尿素汽提塔的含29%Cr,0.4%N的SAFUREX新钢种,可代替2RE69奥氏体钢。为处理氯化物食品槽,日本也开发了含2%W的NARDP-3W钢,以及抗蚀性、力学性能、成型性和焊接性更好的DP28WTM钢。
  3 应用的推广和扩大
  双相不锈钢的使用范围越来越广泛,传统上是利用其优越的耐局部腐蚀性能尤其是耐应力腐蚀性能作为耐蚀功能材料的应用。近年来,从其强度着眼,双相不锈钢作为现代结构材料的应用值得重视。
  ①化学品船
  化学品船的波壁状液货舱也是利用双相不锈钢强度的典型之一。法国在上世纪70年代就已用不含氮的UR 5O(00Cr21Ni7Mo3Cu)钢制造船舱,今天Industeel,Arcelor集团公司接到的订单中,要求用UR 45N(2205)钢的已超过70%。根据对不锈钢材料与运载货品相容性的深入研究及制钢公司的技术支持,UR 35N(2304)也将会有很好的发展前途。
  我国湖北青山船厂在2002年就是采用Arcelor公司生产的UNSS3I803(2205)波壁板为比利时船东建造了第一艘18500吨级的化学品船液货舱,而且陆续又在建造其他多艘。近期扬子造船厂签订了由Outokumpu公司提供2205双相不锈钢的合同,制造4艘3600吨级的化学品船。
  2007年太钢首次将国产2205双相不锈钢提供川东造船厂制造化学品船液货舱9000吨级(使用2205约600吨)、5500吨级及3750吨级,至今已供16艘船用中板并仍在陆续签订合同供货。22-09焊条也由国内提供,但焊丝仍需进口。这是一项很大的突破,中国船级社也已将2205(S32205)、2507(S32750)和含铜的2506(S32550)三钢种纳入了人级规范。
  ②建筑结构
  ·桥梁与混凝土钢筋
  近年来,世界上约有十余座桥梁使用了双相不锈钢,多数是步行桥。如最早的英国的York桥和瑞典的Aparte桥都是使用了2205钢,近年来,挪威新建的桥和意大利的Rffolo桥,已使用了经济型2101钢。最近双相不锈钢也开始用于公路桥,尤其在那些对氯化物诱导腐蚀敏感的结构。
  纽约的Brooklyn大桥使用了2205钢筋,该钢的高强度和较高的伸长率赋予了它优良的抗疲劳性能,寿命比普通钢筋高2倍以上。我国香港的昂船洲大桥,使用约2000吨2205钢板制造桥塔上部的外表面结构,预计寿命120年免于维修。香港至深圳跨海湾长3.2公里的高速公路通道大桥,约有1250吨2205和316用作高速路钢筋。此外,武汉天兴洲大桥为公、铁路两用斜拉桥,使用太钢产的2205 10~20mm板20吨,切短,焊成角钢,用作衔接桥墩与斜拉钢筋的组件。
  ·建筑设施
  西班牙巴塞罗那使用了500吨4mm厚的2101建造了面粉储仓。美国将亚光表面加工的AL 2003薄板1500吨用于建造世界上最大的不锈钢屋顶(卡塔尔多哈国际机场屋顶),印度由Outokumpu公司提供了200吨表面电解抛光的2101双相不锈钢板,制成Ф25mm、Ф38mm、Ф50mm三种规格20公里长的焊管,将用于孟买街道过街天桥的扶手。
  ③ 深海油田
  由于对油气需求的增长,驱动操作者去开采更深和更远的海底油田,快速增加了深海油井的使用。主采油平台实施了标准化的管道缆束的运转,以便从油井环形通路上提供水源、电源、减压以及井上通讯。此外,为了保证油的流动性,在许多深海回接管内要求注射化学药剂,为了增产,还要通过管道缆进行油井酸化。管道缆已成为海底开采系统的生命线。面临深海暴露环境,意味着需对管道缆提出高力学性能,抗内部和外部腐蚀,抗应力腐蚀破裂等的要求。深海管道缆首选材料应是超级和特超级双相不锈钢,但是由于价格和制造方面的问题,又开发出了镀锌的19D双相不锈钢(ZCLDSS),其管道缆的设计寿命为20年,目前已在推广应用。另外,经济型低镍AL 2003钢于2006年也已用于东马来西亚油田深度超过1200m的海底输油管线。加铜的Ferralium225-SD50双相不锈钢已成为7000m深海底放置设备和电缆的容器材料,而且被开发用作极精确的海底定位仪和可控深海声学释放应答器的压力外壳和承载部件(7000m海深相当700大气压,HI2.5吨载荷)。瑞典Sandvik新开发的SAF 2906和SAF3207特超级双相不锈钢更具有超高强度和耐蚀性,最高工作温度分别达到60和90℃。
  ④其他工业
  ·海水淡化
  当前海水淡化工业正在快速增长,一半的厂现在中东,最常用的淡化方法有多级闪蒸法(MSF)和反渗透法(RO),近年来,薄膜技术的进步使RO法的使用有上升趋势。MSF法蒸发器的冷凝器管宜采用2507超级双相不锈钢管代替钛或铜镍合金,闪蒸室外壳可用2205,后者已在利比亚厂采用。RO法的高压管道和高氯化物环境的高压泵采用2507钢,可与含6%Mo的奥氏体钢媲美,已用于以色列新建的Ashkelon厂。我国曹妃甸所上的项目即是用Outokumpu供给的300吨2205钢板,制成了1OOm×25m×6m的多级闪蒸设备。通常120万吨级的处理设备即需要1万吨6mm厚的钢板。我国淡水资源不足,海岸线很长,海水淡化将会提上日程,这将是双相不锈钢的潜在用途。
  ·烟气脱硫(FGD)
  FGD系统用来消除燃煤电厂烟气中的SO2,减少向大气中的排放, 防止酸雨。预测显示2020年以前全球三分之二的燃煤电厂都将安装FGD装置。目前湿法FGD装置占优势,主要是利用石灰石泥浆在吸收塔中中和并清洗废气,在该装置人口处,高温废气形成了高浓度的高温硫酸,需要用高钼的镍基耐蚀合金,但与石灰泥浆反应后升高了pH值,降低了温度。在55℃,pH值>6,Cl-浓度30000ppm以下就可以选用2205钢,比317LMN效果要好。Cl-浓度再高,pH值再低也可以选用超级双相不锈钢。加拿大Coleson Cove电厂是北美第一个在吸收塔的顶部采用360吨2205双相不锈钢的。中国大多数是燃煤电厂,大量的FGD系统上马必将开辟双相不锈钢新的市场。
  最近德国开发的1.4475耐磨耐蚀双相不锈钢GX150CrNiMoCuN41-6-2利用其占体积25%~30%的网状高铬碳化物组成三相结构,提高了耐磨损腐蚀性能。在Niederau β em电厂用于制造FGD再循环过滤泵的叶轮,在固体颗粒量高达25%,pH值>4,氯化物含量5.5%的条件下,使用效果很好。
  以上是国外近年来在应用方面的进展,国内有的刚刚开始,有的尚未提上日程。多年来太钢在水利工程和制盐方面提供给三峡及万县,兰天等厂2205复合板,可喜的是太钢已能提供超级双相不锈钢2507复合板用于焦化项目的干燥器。镇海炼油厂使用2205焊管代替无缝管制造的热交换器,广西百万吨炼油厂使用1m×6.5mm板制成的焊管用作输送管道,这在炼油厂都是新的突破,有很好的发展前景。目前板式热交换器的制造和使用已提上日程,这对国产冷轧卷板提出了新的要求。近年来,宝钢五钢公司和特种不锈钢股份有限公司及久立集团有限公司也都为西气东输工程提供了无缝钢管顶替进口,攀钢集团成都钢铁公司试制成功了Ф295mm×45mm大口径厚壁管,武进不锈钢管厂早已批量生产2205和2506钢的Ф108~25mm×3~10mm钢管。此外,在出口方面,我国为印尼造纸厂制造的纸浆蒸发罐,这一外包项目一期工程需要的800吨2304板和续签的2000吨板全部由太钢提供,同时提供给荷兰的船用螺旋桨倒流板也有数百吨2304钢板。双相不锈钢的潜在用途很广,国内仍有待开发。
  4 对中国发展双相不锈钢的建议
  为促进中国双相不锈钢的发展,建议如下:
  ①利用多种宣传手段加大宣传力度。
  ② 重点发展需要量大,使用面广,工艺又较成熟的牌号,例如2205、2304等常规钢号。积极推广经济型双相不锈钢如2101的生产和应用。进一步研发生产特超级双相不锈钢,满足更高耐蚀性、更高强度、更高温度的需求。在用途上,除继续发展在水工业、石化、制盐、化学品船等领域使用外,需要扩大在油气、环保、海水淡化、海洋工程、建筑结构和制造业的换热器、容器、储罐等工业用途的发展,开发潜在巨大的民用市场。
  ③ 当前国内主要产品是采用4辊轧机单张生产的中厚板,为提高效率,多用连轧和炉卷轧机生产热轧卷板(剪切板)。扩大应用的关键需加快试制和供应薄规格的冷轧双相不锈钢卷板。还应加速生产和开发管材、长材以及铸、锻件、焊材等配套产品。
  ④掌握双相不锈钢与奥氏体不同的焊接工艺特点与焊接材料的研制。
  ⑤组织生产企业与使用单位上下游结合及产学研的联合攻关,加强国内外技术的交流,推进双相不锈钢的发展。



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