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國內外雙相不銹鋼及其應用與發(fā)展
1 概況
近年來世界雙相不銹鋼的產量在增長，大致占不銹鋼總產量的1%～2%。中國雙相不銹鋼的產量隨著不銹鋼的產量(2008年年產694.3萬噸，鋼材自給率占82%)突飛猛進地發(fā)展也有了較大的增長，2008年國內雙相不銹鋼的粗鋼產量為16867噸，比2007年提高了1.6倍。
隨著先進工藝裝備的投產，中國雙相不銹鋼的規(guī)格品種也有了長足的進步。例如太鋼的設備已可生產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控制的鋼管熱擠壓生產線，為超級乃至特超級雙相不銹鋼鋼管今后的生產提供了可能。
在工藝技術方面也有很大的進展。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工藝已成熟，雙相不銹鋼的熱、冷軋板卷的生產完全可減少進口，攀鋼集團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展。
雙相不銹鋼的優(yōu)勢在于其優(yōu)越的耐腐蝕，尤其是耐局部腐蝕性能。在鎳價波動變化大時，開發(fā)節(jié)鎳經濟型鋼種，使之成為重點推廣的產品。另一方面在苛刻腐蝕環(huán)境下，由于它的高性價比，開發(fā)高牌號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)勢即具有相當于奧氏體不銹鋼兩倍的強度和良好的韌性，這恰恰成為近年來國外雙相不銹鋼的發(fā)展目標，即不僅用于傳統(tǒng)的造紙和化工等加工工業(yè)領域的設備，而且還利用它的高強度和良好的耐疲勞性能，用于重要的公用工程，如橋梁和公路建設等。
以下就材料和應用兩個方面大致勾畫出近年來雙相不銹鋼在鋼種開發(fā)和應用方面的發(fā)展趨勢，著重敘述如下。
2 鋼種的發(fā)展趨勢
①經濟型雙相不銹鋼
國外開發(fā)的較成熟的新鋼種有三種：一種由美國Armco Nitronic公司開發(fā)并已納入ASTM A240/A240M鋼板標準，牌號為UNSS32001，企業(yè)代號為19D，是一種不易產生δ相的新鋼種，已用于深海管道纜和汽車框架等。另一種2002年由芬蘭Outokumpu公司開發(fā)，企業(yè)牌號為LDX 2101，2006年已納入美國標準，牌號為UNSS32101，可以制造工藝設備用于中等腐蝕環(huán)境，如造紙廠的白液罐等，潛在用途很廣。近年來尤其重視開發(fā)用于基礎結構的鋼種，并已成功用于橋梁等的建設。此二鋼種都是以Mn、N代Ni，降低Ni、Cr含量，其耐蝕性與304LH當，因不含Mo，故價格便宜，但不宜用于臨海的結構。第三種是由美國Allegheny技術公司開發(fā)的AL2003鋼，已納入美國標準，牌號為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1200m的海底輸送無硫或輕度含硫油氣的高壓管道系統(tǒng)。
結合國內資源情況，認為這類鋼具有開發(fā)價值，國內需要在中等腐蝕環(huán)境中有較廣泛的使用前途的經濟型雙相鋼種，目前正在進行類似LDX2101鋼的開發(fā)，需要進行成分的優(yōu)化及焊接工藝和性能的深入研究。
②超級和特超級雙相不銹鋼
瑞典開發(fā)的SAF2507鋼是超級雙相不銹鋼中應用最廣泛的鋼種，已納入多國的標準，它的相平衡較好，在同類鋼種中更易于掌握生產工藝，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。英國開發(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。從技術觀點來看：海上工業(yè)是使用超級雙相不銹鋼最有意義的地方，但是為了適應目前改善的油氣回采方法的井口控制系統(tǒng)對更高耐蝕性的要求以及深海海底臨時管道和管道纜的需求，已有的鋼種在強度和耐蝕性上已顯不足，瑞典Sandvik公司新設計了系列特超級雙相不銹鋼SAF2906、SAF2707HD、SAF3207HD等具有強度達到1000MPa的超高強度和優(yōu)異耐蝕性的鋼種。
同時美國Langley Alloys公司開發(fā)的控制硫含量達0.001%，加銅的Ferralium 225-SD50鋼，不僅提高了其在海水中耐點蝕和縫隙腐蝕性能，其強度也較其他超級雙相不銹鋼高出10%。
此外，近期針對特殊用途開發(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，日本也開發(fā)了含2%W的NARDP-3W鋼，以及抗蝕性、力學性能、成型性和焊接性更好的DP28WTM鋼。
3 應用的推廣和擴大
雙相不銹鋼的使用范圍越來越廣泛，傳統(tǒng)上是利用其優(yōu)越的耐局部腐蝕性能尤其是耐應力腐蝕性能作為耐蝕功能材料的應用。近年來，從其強度著眼，雙相不銹鋼作為現代結構材料的應用值得重視。
①化學品船
化學品船的波壁狀液貨艙也是利用雙相不銹鋼強度的典型之一。法國在上世紀70年代就已用不含氮的UR 5O(00Cr21Ni7Mo3Cu)鋼制造船艙，今天Industeel，Arcelor集團公司接到的訂單中，要求用UR 45N(2205)鋼的已超過70%。根據對不銹鋼材料與運載貨品相容性的深入研究及制鋼公司的技術支持，UR 35N(2304)也將會有很好的發(fā)展前途。
我國湖北青山船廠在2002年就是采用Arcelor公司生產的UNSS3I803(2205)波壁板為比利時船東建造了第一艘18500噸級的化學品船液貨艙，而且陸續(xù)又在建造其他多艘。近期揚子造船廠簽訂了由Outokumpu公司提供2205雙相不銹鋼的合同，制造4艘3600噸級的化學品船。
2007年太鋼首次將國產2205雙相不銹鋼提供川東造船廠制造化學品船液貨艙9000噸級(使用2205約600噸)、5500噸級及3750噸級，至今已供16艘船用中板并仍在陸續(xù)簽訂合同供貨。22-09焊條也由國內提供，但焊絲仍需進口。這是一項很大的突破，中國船級社也已將2205(S32205)、2507(S32750)和含銅的2506(S32550)三鋼種納入了人級規(guī)范。
②建筑結構
·橋梁與混凝土鋼筋
近年來，世界上約有十余座橋梁使用了雙相不銹鋼，多數是步行橋。如最早的英國的York橋和瑞典的Aparte橋都是使用了2205鋼，近年來，挪威新建的橋和意大利的Rffolo橋，已使用了經濟型2101鋼。最近雙相不銹鋼也開始用于公路橋，尤其在那些對氯化物誘導腐蝕敏感的結構。
紐約的Brooklyn大橋使用了2205鋼筋，該鋼的高強度和較高的伸長率賦予了它優(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構，預計壽命120年免于維修。香港至深圳跨海灣長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，武漢天興洲大橋為公、鐵路兩用斜拉橋，使用太鋼產的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。
·建筑設施
西班牙巴塞羅那使用了500噸4mm厚的2101建造了面粉儲倉。美國將亞光表面加工的AL 2003薄板1500噸用于建造世界上****的不銹鋼屋頂(卡塔爾多哈國際機場屋頂)，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公里長的焊管，將用于孟買街道過街天橋的扶手。
③ 深海油田
由于對油氣需求的增長，驅動操作者去開采更深和更遠的海底油田，快速增加了深海油井的使用。主采油平臺實施了標準化的管道纜束的運轉，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，為了保證油的流動性，在許多深海回接管內要求注射化學藥劑，為了增產，還要通過管道纜進行油井酸化。管道纜已成為海底開采系統(tǒng)的生命線。面臨深海暴露環(huán)境，意味著需對管道纜提出高力學性能，抗內部和外部腐蝕，抗應力腐蝕破裂等的要求。深海管道纜****材料應是超級和特超級雙相不銹鋼，但是由于價格和制造方面的問題，又開發(fā)出了鍍鋅的19D雙相不銹鋼(ZCLDSS)，其管道纜的設計壽命為20年，目前已在推廣應用。另外，經濟型低鎳AL 2003鋼于2006年也已用于東馬來西亞油田深度超過1200m的海底輸油管線。加銅的Ferralium225-SD50雙相不銹鋼已成為7000m深海底放置設備和電纜的容器材料，而且被開發(fā)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，HI2.5噸載荷)。瑞典Sandvik新開發(fā)的SAF 2906和SAF3207特超級雙相不銹鋼更具有超高強度和耐蝕性，最高工作溫度分別達到60和90℃。
④其他工業(yè)
·海水淡化
當前海水淡化工業(yè)正在快速增長，一半的廠現在中東，最常用的淡化方法有多級閃蒸法(MSF)和反滲透法(RO)，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(fā)器的冷凝器管宜采用2507超級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。我國曹妃甸所上的項目即是用Outokumpu供給的300噸2205鋼板，制成了1OOm×25m×6m的多級閃蒸設備。通常120萬噸級的處理設備即需要1萬噸6mm厚的鋼板。我國淡水資源不足，海岸線很長，海水淡化將會提上日程，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。預測顯示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，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雙相不銹鋼。加拿大Coleson Cove電廠是北美第一個在吸收塔的頂部采用360噸2205雙相不銹鋼的。中國大多數是燃煤電廠，大量的FGD系統(tǒng)上馬必將開辟雙相不銹鋼新的市場。
最近德國開發(fā)的1.4475耐磨耐蝕雙相不銹鋼GX150CrNiMoCuN41-6-2利用其占體積25%～30%的網狀高鉻碳化物組成三相結構，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)過濾泵的葉輪，在固體顆粒量高達25%，pH值>4，氯化物含量5.5%的條件下，使用效果很好。
以上是國外近年來在應用方面的進展，國內有的剛剛開始，有的尚未提上日程。多年來太鋼在水利工程和制鹽方面提供給三峽及萬縣，蘭天等廠2205復合板，可喜的是太鋼已能提供超級雙相不銹鋼2507復合板用于焦化項目的干燥器。鎮(zhèn)海煉油廠使用2205焊管代替無縫管制造的熱交換器，廣西百萬噸煉油廠使用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，這對國產冷軋卷板提出了新的要求。近年來，寶鋼五鋼公司和特種不銹鋼股份有限公司及久立集團有限公司也都為西氣東輸工程提供了無縫鋼管頂替進口，攀鋼集團成都鋼鐵公司試制成功了Ф295mm×45mm大口徑厚壁管，武進不銹鋼管廠早已批量生產2205和2506鋼的Ф108～25mm×3～10mm鋼管。此外，在出口方面，我國為印尼造紙廠制造的紙漿蒸發(fā)罐，這一外包項目一期工程需要的800噸2304板和續(xù)簽的2000噸板全部由太鋼提供，同時提供給荷蘭的船用螺旋槳倒流板也有數百噸2304鋼板。雙相不銹鋼的潛在用途很廣，國內仍有待開發(fā)。
4 對中國發(fā)展雙相不銹鋼的建議
為促進中國雙相不銹鋼的發(fā)展，建議如下：
①利用多種宣傳手段加大宣傳力度。
② 重點發(fā)展需要量大，使用面廣，工藝又較成熟的牌號，例如2205、2304等常規(guī)鋼號。積極推廣經濟型雙相不銹鋼如2101的生產和應用。進一步研發(fā)生產特超級雙相不銹鋼，滿足更高耐蝕性、更高強度、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、化學品船等領域使用外，需要擴大在油氣、環(huán)保、海水淡化、海洋工程、建筑結構和制造業(yè)的換熱器、容器、儲罐等工業(yè)用途的發(fā)展，開發(fā)潛在巨大的民用市場。
③ 當前國內主要產品是采用4輥軋機單張生產的中厚板，為提高效率，多用連軋和爐卷軋機生產熱軋卷板(剪切板)。擴大應用的關鍵需加快試制和供應薄規(guī)格的冷軋雙相不銹鋼卷板。還應加速生產和開發(fā)管材、長材以及鑄、鍛件、焊材等配套產品。
④掌握雙相不銹鋼與奧氏體不同的焊接工藝特點與焊接材料的研制。
⑤組織生產企業(yè)與使用單位上下游結合及產學研的聯合攻關，加強國內外技術的交流，推進雙相不銹鋼的發(fā)展。
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