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      1. 雙相鋼冶煉

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        雙相不銹鋼管的研究進展及應用分析報告

        來源:至德鋼業 日期:2020-08-04 16:41:47 人氣:1135

          雙相不銹鋼管是一類重要的不銹鋼管,在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半(一般含量較少的相至少需要達到30%),并簡稱為α + γ雙相不銹鋼管。由于雙相不銹鋼管有α+ γ的兩相組織結構,且具有適宜的雙相比,故其性能便兼有奧氏體不銹鋼管和鐵素體不銹鋼管的特點。與鐵素體不銹鋼管和馬氏體不銹鋼管相比,雙相不銹鋼管的韌性高、脆性轉變溫度低、耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時保留了鐵素體不銹鋼管的熱導率高、線膨脹系數小、具有超塑性等某些特點;而與奧氏體不銹鋼管相比,其強度較高,特別是屈服強度顯著提高,且耐晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等性能都有明顯的改善,因此該類鋼廣泛應用于化工、運輸用大型化工容器、天然氣和石油工業、造紙工業、環境污染控制設備等。在石油和天然氣工業中,目前采用雙相不銹鋼管材料鋪設的輸送管線長度已超過850公里,絕大部分為2205雙相不銹鋼管。


          雙相不銹鋼管的發展始于20世紀30年代,其發展歷程至今已有3代,與之相對應的理論認識也逐漸深入,應用領域越來越廣,在此期間,世界各國紛紛投入大量精力對其進行研究開發并制定了相應的標準,例如美國標準ASTMA789、ASTMA890和國家標準GB1220-2007、GB3280-2007等。近幾年來隨著工藝技術的進步和先進工藝設備的投入使用,國內外在雙相不銹鋼管的開發和應用方面得到了高速發展,對雙相不銹鋼管的研究重點也逐漸從理論研究轉向應用研究。 近年來,隨著研究和應用的不斷深入,為了進一步提高其使用性能,有許多科研機構一直在致力于開發具有更高耐蝕性的超級雙相不銹鋼管,以滿足一些極端惡劣環境對材料耐腐蝕性能的要求。這些新鋼種的普遍特點在于含有很高的鉻、鉬、氮等元素,抗點蝕當量(PREN)大于40。如瑞典SANDVIK公司開發的高鉻、鉬、氮超級雙相不銹鋼管SAF2906、SAF3207,鋼中的鉻含量分別為29 %、32 %,氮含量大于0.45 %,抗點蝕當量(PREN)大于45,強度高于900MPa,大大超過了目前較常用的2205、2507雙相不銹鋼管,是一種可用于深水管道的理想材料。 近些年開發的超級雙相不銹鋼管中,由于含有較高的鉻、鉬、鎢等元素,因此易析出 σ和λ等金屬間相,導致惡化材料的力學性能和耐腐蝕性能。因此在這些超級雙相不銹鋼管中,通過加入一些抑制劑來抑制中間相的析出,以保持組織的穩定性。韓國專利公布的一種雙相不銹鋼管,其化學成分為鉻:24%~28 %,鎳:6%~9%,鉬:2%~5 %,鎢:2%~4%,氮:0.32%~0. 45%,具有低的金屬間相析出敏感性、優異的耐腐蝕性能、耐脆變性能、可鑄造性能和熱加工性能。此外,為了降低金屬間相的析出,在鋼中加入Ba、Co、Al以及稀土元素,如瑞典SANDIVK開發的SAF2906、SAF3207雙相不銹鋼管采用加入Co元素的方法來降低金屬間相的析出。 降低材料的成本是雙相不銹鋼管開發的另一個重要方向,尤其是減少鎳、鉬、鎢等金屬元素的消耗。目前比較常見的做法有,借助先進的VOD和AOD二次精煉爐,通過采用奧氏體化元素氮來取代鎳或是用產量豐富的元素錳代替鎳,在保證耐蝕性的前提下提高鋼的強度,并降低雙相不銹鋼管的生產成本。典型的有瑞典Avesta Polarit AB開發的LDX2101雙相不銹鋼管,成分為鉻:21.5%、錳:5%、鎳:1.5%、氮:0.22%,提高了鋼中氮和錳的含量以獲得穩定的奧氏體,相的平衡與組織穩定性都較好,對金屬間相的析出也不敏感。此外,還有完全用 錳代替鎳的Cr-Mn-N系雙相不銹鋼管,如1Cr18Mn14N、0Cr17Mn14Mo2N等,它們都具有很優異的空泡腐蝕性能和耐磨損腐蝕性能。


          在工業生產中,雙相不銹鋼管的使用范圍越來越廣泛,用作制造工藝設備的材料是雙相不銹鋼管傳統的既定用途,譬如早已熟知的在化工、石化以及紙漿、造紙等行業中的應用,過去多數是利用其優越的耐局部腐蝕性能,尤其是耐應力腐蝕性能作為耐蝕的功能材料使用。近年來,從強度角度出發,雙相不銹鋼管作為現代結構材料得到了廣泛應用,圖為雙相不銹鋼管的工業產品,其中圖為北京新保利大廈玻璃幕墻采用2205雙相不銹鋼管連接件,既可以保證玻璃幕墻的安全,又可以提高城市建筑物的美觀效果;圖為香港的昂船洲大橋,是長1600m的單跨斜拉橋,約使用了2000噸2205雙相不銹鋼管板制造橋塔上部的外表面結構,預計使用壽命為120年。此外,雙相不銹鋼管在諸多其它工程領域,如深海油田,海水淡化,環保煙氣脫硫等也都有新的突破:


        1. 深海油田 


         目前由于對油氣的需求不斷增長,使深海油井的使用大幅增加。面臨深海暴露的環境條件,意味著需對深海管道設備提出更高的性能要求,如高力學性能,抗內部和外部腐蝕,抗應力腐蝕開裂等。深海管道纜首選材料應是超級雙相不銹鋼管,但是由于價格和制造方面的問題,又開發出了鍍鋅的19D雙相不銹鋼管(ZCLDSS),其管道纜的設計壽命為20年,目前已在實際中推廣應用。另外,經濟型的低鎳AL2003鋼也已于2006年用于東馬來西亞油田,海底輸油管線的深度超過l200m。此外,巴西油田將超級雙相不銹鋼管UNS S32750應用于含硫化氫、二氧化碳等離子的近海管道中。還有加銅的Ferralium 225-SD50雙相不銹鋼管已成為7000m深海底放置設備和電纜的容器材料,而且被開發用作極精確的海底定位儀和可控深海聲學釋放應答器的壓力外殼和承載部件(7000m海深相當700大氣壓,即2.5噸載荷)。而瑞典Sandvik新開發的SAF 2906和SAF 3207特超級雙相不銹鋼管更具有超高強度和耐蝕性,最高工作溫度分別達到60℃和90℃。


        2. 海水淡化 


         當前海水淡化工業正在快速增長,最常用的淡化方法有多級閃蒸法(MSF)和反滲透法(RO)。隨著近年來薄膜技術的進步使RO 法的使用有上升趨勢。MSF 法蒸發器的冷凝器管宜采用2507超級雙相不銹鋼管管代替鈦或銅鎳合金,閃蒸室外殼可用2205,后者已在利比亞的工廠中采用。RO法的高壓管道和高氯化物環境的高壓泵采用2507鋼,可與含6%Mo的奧氏體鋼相媲美,已用于以色列新建的 Ashkelon 廠。我國曹妃甸項目中100m×25m×6m的多級閃蒸設備即是由 Outokumpu 供給的300噸2205雙相不銹鋼管板制成的。我國淡水資源不足,海岸線很長,海水淡化在不久將會提上議事日程,這是雙相不銹鋼管的潛在用途。


        3. 煙氣脫硫(FGD) 


         FGD系統用來消除燃煤電廠煙氣中的二氧化硫,減少向大氣中排放,防止酸雨形成。在該裝置入口處,高溫廢氣形成了高濃度的高溫硫酸,需要采用高鉬的鎳基耐蝕合金,但與石灰泥漿反應后會升高pH值,降低使用溫度,在55℃,pH值>6,C1-濃度30000ppm以下就可以選用2205雙相不銹鋼,經濟型優于317LMN不銹鋼鋼;若氯離子濃度升高,pH值降低,則可以選用超級雙相不銹鋼管,加拿大Coleson Cove電廠是北美第一個在吸收塔頂部采用360噸2205雙相不銹鋼管的企業。中國大多數是燃煤電廠,國家環境保護部門不斷提出控制空氣污染的要求,大量的FGD系統將開辟雙相不銹鋼管新的市場。


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        本文標簽:雙相不銹鋼管 

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