双相钢冶炼

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双相不锈钢管的研究进展及应用分析报告

来源:至德钢业 日期:2020-08-04 16:41:47 人气:103

  双相不锈钢管是一类重要的不锈钢管,在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半(一般含量较少的相至少需要达到30%),并简称为α + γ双相不锈钢管。由于双相不锈钢管有α+ γ的两相组织结构,且具有适宜的双相比,故其性能便兼有奥氏体不锈钢管和铁素体不锈钢管的特点。与铁素体不锈钢管和马氏体不锈钢管相比,双相不锈钢管的韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时保留了铁素体不锈钢管的热导率高、线膨胀系数小、具有超塑性等某些特点;而与奥氏体不锈钢管相比,其强度较高,特别是屈服强度显著提高,且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能都有明显的改善,因此该类钢广泛应用于化工、运输用大型化工容器、天然气和石油工业、造纸工业、环境污染控制设备等。在石油和天然气工业中,目前采用双相不锈钢管材料铺设的输送管线长度已超过850公里,绝大部分为2205双相不锈钢管。


  双相不锈钢管的发展始于20世纪30年代,其发展历程至今已有3代,与之相对应的理论认识也逐渐深入,应用领域越来越广,在此期间,世界各国纷纷投入大量精力对其进行研究开发并制定了相应的标准,例如美国标准ASTMA789、ASTMA890和国家标准GB1220-2007、GB3280-2007等。近几年来随着工艺技术的进步和先进工艺设备的投入使用,国内外在双相不锈钢管的开发和应用方面得到了高速发展,对双相不锈钢管的研究重点也逐渐从理论研究转向应用研究。 近年来,随着研究和应用的不断深入,为了进一步提高其使用性能,有许多科研机构一直在致力于开发具有更高耐蚀性的超级双相不锈钢管,以满足一些极端恶劣环境对材料耐腐蚀性能的要求。这些新钢种的普遍特点在于含有很高的铬、钼、氮等元素,抗点蚀当量(PREN)大于40。如瑞典SANDVIK公司开发的高铬、钼、氮超级双相不锈钢管SAF2906、SAF3207,钢中的铬含量分别为29 %、32 %,氮含量大于0.45 %,抗点蚀当量(PREN)大于45,强度高于900MPa,大大超过了目前较常用的2205、2507双相不锈钢管,是一种可用于深水管道的理想材料。 近些年开发的超级双相不锈钢管中,由于含有较高的铬、钼、钨等元素,因此易析出 σ和λ等金属间相,导致恶化材料的力学性能和耐腐蚀性能。因此在这些超级双相不锈钢管中,通过加入一些抑制剂来抑制中间相的析出,以保持组织的稳定性。韩国专利公布的一种双相不锈钢管,其化学成分为铬:24%~28 %,镍:6%~9%,钼:2%~5 %,钨:2%~4%,氮:0.32%~0. 45%,具有低的金属间相析出敏感性、优异的耐腐蚀性能、耐脆变性能、可铸造性能和热加工性能。此外,为了降低金属间相的析出,在钢中加入Ba、Co、Al以及稀土元素,如瑞典SANDIVK开发的SAF2906、SAF3207双相不锈钢管采用加入Co元素的方法来降低金属间相的析出。 降低材料的成本是双相不锈钢管开发的另一个重要方向,尤其是减少镍、钼、钨等金属元素的消耗。目前比较常见的做法有,借助先进的VOD和AOD二次精炼炉,通过采用奥氏体化元素氮来取代镍或是用产量丰富的元素锰代替镍,在保证耐蚀性的前提下提高钢的强度,并降低双相不锈钢管的生产成本。典型的有瑞典Avesta Polarit AB开发的LDX2101双相不锈钢管,成分为铬:21.5%、锰:5%、镍:1.5%、氮:0.22%,提高了钢中氮和锰的含量以获得稳定的奥氏体,相的平衡与组织稳定性都较好,对金属间相的析出也不敏感。此外,还有完全用 锰代替镍的Cr-Mn-N系双相不锈钢管,如1Cr18Mn14N、0Cr17Mn14Mo2N等,它们都具有很优异的空泡腐蚀性能和耐磨损腐蚀性能。


  在工业生产中,双相不锈钢管的使用范围越来越广泛,用作制造工艺设备的材料是双相不锈钢管传统的既定用途,譬如早已熟知的在化工、石化以及纸浆、造纸等行业中的应用,过去多数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的功能材料使用。近年来,从强度角度出发,双相不锈钢管作为现代结构材料得到了广泛应用,图为双相不锈钢管的工业产品,其中图为北京新保利大厦玻璃幕墙采用2205双相不锈钢管连接件,既可以保证玻璃幕墙的安全,又可以提高城市建筑物的美观效果;图为香港的昂船洲大桥,是长1600m的单跨斜拉桥,约使用了2000吨2205双相不锈钢管板制造桥塔上部的外表面结构,预计使用寿命为120年。此外,双相不锈钢管在诸多其它工程领域,如深海油田,海水淡化,环保烟气脱硫等也都有新的突破:


1. 深海油田 


 目前由于对油气的需求不断增长,使深海油井的使用大幅增加。面临深海暴露的环境条件,意味着需对深海管道设备提出更高的性能要求,如高力学性能,抗内部和外部腐蚀,抗应力腐蚀开裂等。深海管道缆首选材料应是超级双相不锈钢管,但是由于价格和制造方面的问题,又开发出了镀锌的19D双相不锈钢管(ZCLDSS),其管道缆的设计寿命为20年,目前已在实际中推广应用。另外,经济型的低镍AL2003钢也已于2006年用于东马来西亚油田,海底输油管线的深度超过l200m。此外,巴西油田将超级双相不锈钢管UNS S32750应用于含硫化氢、二氧化碳等离子的近海管道中。还有加铜的Ferralium 225-SD50双相不锈钢管已成为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,即2.5吨载荷)。而瑞典Sandvik新开发的SAF 2906和SAF 3207特超级双相不锈钢管更具有超高强度和耐蚀性,最高工作温度分别达到60℃和90℃。


2. 海水淡化 


 当前海水淡化工业正在快速增长,最常用的淡化方法有多级闪蒸法(MSF)和反渗透法(RO)。随着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超级双相不锈钢管管代替钛或铜镍合金,闪蒸室外壳可用2205,后者已在利比亚的工厂中采用。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的奥氏体钢相媲美,已用于以色列新建的 Ashkelon 厂。我国曹妃甸项目中100m×25m×6m的多级闪蒸设备即是由 Outokumpu 供给的300吨2205双相不锈钢管板制成的。我国淡水资源不足,海岸线很长,海水淡化在不久将会提上议事日程,这是双相不锈钢管的潜在用途。


3. 烟气脱硫(FGD) 


 FGD系统用来消除燃煤电厂烟气中的二氧化硫,减少向大气中排放,防止酸雨形成。在该装置入口处,高温废气形成了高浓度的高温硫酸,需要采用高钼的镍基耐蚀合金,但与石灰泥浆反应后会升高pH值,降低使用温度,在55℃,pH值>6,C1-浓度30000ppm以下就可以选用2205双相不锈钢,经济型优于317LMN不锈钢钢;若氯离子浓度升高,pH值降低,则可以选用超级双相不锈钢管,加拿大Coleson Cove电厂是北美第一个在吸收塔顶部采用360吨2205双相不锈钢管的企业。中国大多数是燃煤电厂,国家环境保护部门不断提出控制空气污染的要求,大量的FGD系统将开辟双相不锈钢管新的市场。


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本文标签:双相不锈钢管 

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