國內(nèi)外雙相不銹鋼及其應(yīng)用與發(fā)展

　1 概況

　　近年來世界雙相不銹鋼的產(chǎn)量在增長，大致占不銹鋼總產(chǎn)量的1%～2%。中國雙相不銹鋼的產(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，2008年國內(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)，中國雙相不銹鋼的規(guī)格品種也有了長足的進(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，可以準(zhǔn)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，這恰恰成為近年來國外雙相不銹鋼的發(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)方面大致勾畫出近年來雙相不銹鋼在鋼種開發(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(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框架等。另一種2002年由芬蘭Outokumpu公司開發(fā)，企業(yè)牌號(hào)為LDX 2101，2006年已納入美國標(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。近年來尤其重視開發(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Allegheny技術(shù)公司開發(fā)的AL2003鋼，已納入美國標(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的海底輸送無硫或輕度含硫油氣的高壓管道系統(tǒng)。

　　結(jié)合國內(nèi)資源情況，認(rèn)為這類鋼具有開發(fā)價(jià)值，國內(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)行類似LDX2101鋼的開發(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。

　　②超級(jí)和特超級(jí)雙相不銹鋼

　　瑞典開發(fā)的SAF2507鋼是超級(jí)雙相不銹鋼中應(yīng)用較廣泛的鋼種，已納入多國的標(biāo)準(zhǔn)，它的相平衡較好，在同類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(shù)觀點(diǎn)來看：海上工業(yè)是使用超級(jí)雙相不銹鋼較有意義的地方，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Langley Alloys公司開發(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(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，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)船東建造了靠前艘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焊條也由國內(nèi)提供，但焊絲仍需進(jìn)口。這是一項(xiàng)很大的突破，中國船級(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，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。如較早的英國的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(jīng)濟(jì)型2101鋼。較近雙相不銹鋼也開始用于公路橋，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(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)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?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。美國將亞光表面加工的AL 2003薄板1500噸用于建造世界上較大的不銹鋼屋頂(卡塔爾多哈國際機(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公里長的焊管，將用于孟買街道過街天橋的扶手。

　?、?深海油田

　　由于對(duì)油氣需求的增長，驅(qū)動(dòng)操作者去開采更深和更遠(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)，還要通過管道纜進(jìn)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(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。深海管道纜優(yōu)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)格和制造方面的問題，又開發(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(shè)備和電纜的容器材料，而且被開發(fā)用作極準(zhǔn)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，較高工作溫度分別達(dá)到60和90℃。

　?、芷渌I(yè)

　　·海水淡化

　　當(dāng)前海水淡化工業(yè)正在快速增長，一半的廠現(xiàn)在中東，較常用的淡化方法有多級(jí)閃蒸法(MSF)和反滲透法(RO)，近年來，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超級(jí)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(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120萬噸級(jí)的處理設(shè)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(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電廠是北美靠前個(gè)在吸收塔的頂部采用360噸2205雙相不銹鋼的。中國大多數(shù)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(chǎng)。

　　較近德國開發(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(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。

　　以上是國外近年來在應(yīng)用方面的進(jìn)展，國內(nèi)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(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(duì)國產(chǎn)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(tuán)有限公司也都為西氣東輸工程提供了無縫鋼管頂替進(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，國內(nèi)仍有待開發(fā)。

　　4 對(duì)中國發(fā)展雙相不銹鋼的建議

　　為促進(jìn)中國雙相不銹鋼的發(fā)展，建議如下：

　?、倮枚喾N宣傳手段加大宣傳力度。

　　② 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，開發(fā)潛在巨大的民用市場(chǎng)。

　　③ 當(dāng)前國內(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)和開發(fā)管材、長材以及鑄、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)國內(nèi)外技術(shù)的交流，推進(jìn)雙相不銹鋼的發(fā)展。