超級不鏽鋼

超級不鏽鋼是一種特種的不鏽鋼，首先在化學成分上與普通不鏽鋼304不同，是指含高鎳，高鉻，高鉬的一種高合金不鏽鋼。其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上，與304相比，具有更加優秀的耐高溫或者耐腐蝕性能，是304不可取代的。另外，從不鏽鋼的分類上，特殊不鏽鋼的金相組織是一種穩定的奧氏體金相組織。

基本介紹

• 中文名：超級不鏽鋼
• 屈服應力： б0.2為550～850MPa
• 抗拉強度： бb 為780～1000MPa
• 衝擊強度：大於50焦耳

基本介紹

由於該種特種不鏽鋼是一種高合金的材料，所以在製造工藝上相當複雜，人們一般只能依靠傳統工藝來製造這種特種不鏽鋼，如灌注，鍛造，壓延等等。

套用領域

1、海洋：海域環境的海洋構造物，海水淡化，海水養殖，海水熱交換等。

2、環保領域：火力發電的煙氣脫硫裝置，廢水處理等。

3、能源領域：原子能發電，煤炭的綜合利用，海潮發電等。

4、石油化工領域：煉油，化學化工設備等。

5、食品領域：製鹽，醬油釀造等。

超級不鏽鋼按照含鉻量的不同，可以分為超級馬氏體不鏽鋼和超級奧氏體不鏽鋼兩類

超級馬氏體不鏽鋼

顯微組織

超級馬氏體不鏽鋼典型的基體金屬顯微組織為回火馬氏體。這種低碳回火馬氏體組織具有很高的強度和韌性。根據含鎳量的不同、熱處理條件的差異，一些牌號的超級馬氏體不鏽鋼基體顯微組織中可能會出現10%～40%的細小彌散狀殘留奧氏體。對於含鉻16%等級的超級馬氏體不鏽鋼，顯微組織中可能出現少量的δ鐵素體。為了獲得理想的細晶粒回火馬氏體，在鋼板交貨之前一般都經過淬火加回火處理。

機械性能

超級馬氏體不鏽鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強度高和低溫韌性好的特點。典型的機械性如下：

延伸率大於12%

焊接性能

馬氏體不鏽鋼含鉻13%，由於鐵素體晶粒在焊接過程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，這類不鏽鋼的用途嚴格限制於非焊接零件的安裝。經過冶煉工藝的不斷改進，降低了馬氏體不鏽鋼中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的鎳（最高含量達6.5%）和鉬（最高含量2.5%），從而開發出了超級馬氏體不鏽鋼。這種材料在加工製造過程中又採取了特殊的工藝措施，使得新的超級馬氏體不鏽鋼的焊接性能大大超過了傳統的馬氏體不鏽鋼。

超級馬氏體不鏽鋼的焊接可以採用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護金屬極電弧焊（GMAW或SMAW），氣體保護鎢電弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和勵磁線圈電弧焊（FAW）。對於環縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊大多數使用SAW。但是，雷射焊和電子束焊也非常有吸引力。雷射焊對生產直縫焊管是一種經濟的焊接方法。由於冷卻速度快，在焊縫中可以獲得全馬氏體顯微組織，從而得到很好的韌性和滿意的耐蝕性。

耐蝕性能

超級馬氏體不鏽鋼由於含碳量低，相當於提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。

對於弱酸性腐蝕環境，超馬氏體不鏽鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會產生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下，必須考慮在室溫下產生的應力腐蝕裂紋和在高溫下產生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據腐蝕條件的不同（如CO2或CO2+H2S），開發了不同牌號的超馬氏體不鏽鋼（含鉬或不含鉬）。這種超13Cr不鏽鋼已成功地套用於北海地區的Gullfaks油田和Asgard油田。

套用前景

超級馬氏體不鏽鋼除具有傳統馬氏體不鏽鋼的特點，可以套用於泵、壓縮機、閥門及其它機加工用途外，超級馬氏體不鏽鋼的海洋用管也開發成功，滿足了海上石油天然氣公司對工藝用無縫管和輸送管道的要求，成為海洋用鋼的新成員。

荷蘭的NAM石油天然公司決定對他們位於荷蘭北部格羅寧根的天然氣田的濕天然氣處理設施進行現代化改造，包括對30個球罐進行大修和對所有輸送管道的更換，新選用的材料全部是超級馬氏體13Cr不鏽鋼。

阿曼的液態天然氣工程需要鋪設幾十公里長的輸送管線，也採用的是超級馬氏體不鏽鋼。

此外，超級馬氏體不鏽鋼在水力發電、採礦設備、化工設備、食品工業、交通運輸及高溫紙漿生產設備等也極具套用潛力。

經濟性

在超級馬氏體不鏽鋼取得成功之前，對許多套用不鏽鋼的領域，特別是含二氧化碳，或者含二氧化碳和硫化氫腐蝕介質的環境，往往使用雙相不鏽鋼，一些特殊部件甚至要求使用超雙相不鏽鋼。之後，人們越來越多地用超級馬氏體不鏽鋼來部分取代雙相不鏽鋼和超雙相不鏽鋼，這除了超馬氏體不鏽鋼在某些腐蝕環境下仍具有強度高、耐蝕性好以及－40℃的衝擊韌性好之外，更主要的原因是超氏體不鏽鋼比雙相不鏽鋼更經濟。

首先，在重量相等、耐腐蝕性相當的前提下，採用超13Cr不鏽鋼比採用雙相不鏽鋼便宜大約30%。

其次，超13Cr不鏽鋼的強度比雙相不鏽鋼高得多，所以，用超13Cr不鏽鋼製作的零部件（如三通、彎頭、輸送管和支管）的壁厚可以減薄，成本降低10%～15%。總計下來，超13Cr不鏽鋼與雙相不鏽鋼相比較，總成本降低35%～40%。這樣大幅度的成本降低，使得人們不能忽略它在競爭日益激烈的工業，如石油天然氣工業上的套用。

超級奧氏體

發展歷史

超級奧氏體不鏽鋼的概念是與超級鐵素體不鏽鋼及超級雙相不鏽鋼一起出現的。典型的例子為含6%鉬和7%鉬的超級奧氏體不鏽鋼。這些鋼種都是針對一些工況條件苛刻的工業，如石化，化工，造紙和海上系統等等而開發出來的。

奧氏體不鏽鋼管中著名的牌號有18-8（日常18-10 或 19-9）型的304不鏽鋼（中國為00Cr19Ni10)和18-12-2的316（0Cr17Ni12Mo2)。為了解決奧氏體不鏽鋼焊後因鉻碳化物析出所導致的鉻貧化而引起的晶間腐蝕敏感性，早期是加入碳化物穩定化元素鈦和鈮，20世紀60年代後期，AOD和VOD等爐外精煉工藝技術的問世，降低了鋼中碳量到≤0.03%，解決了奧氏體不鏽鋼敏化態（焊後）晶間腐蝕的敏感性，提高了鋼中的純淨度，也解決了鋼的固溶態晶間腐蝕的敏感性。因此，自20世紀80年代以來，所開發的新奧氏體不鏽鋼基本上都是超低碳型的。

為了適應現代工業發展中的耐苛刻介質全面腐蝕的需求，在304、316等不鏽鋼管基礎上提高鋼的鉻、鎳、鉬含量，以及加入銅、矽等元素或降低雜質元素的殘餘量，又發展了許多高合金的新牌號，例如含約4.5%Mo的317LM（00Cr18Ni16Mo5)和904L不鏽鋼（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）以及尿素級、硝酸級、核級、食品級等類型的奧氏體不鏽鋼管。根據1962～1997年間對不鏽鋼管大量腐蝕破壞形態的統計，可以看出，1962～1971年間全面腐蝕和晶間腐蝕已大量減少，而1962年起到1997年，應力腐蝕、點腐蝕、間隙腐蝕以及腐蝕疲勞等局部腐蝕在腐蝕破壞中仍占有相對高的比例。其中點蝕和縫隙腐蝕仍占20%以上，應力腐蝕和腐蝕疲勞仍占10%以上。通過研究，人們已經了解到提高奧氏體不鏽鋼管中的鎳量可以顯著提高鋼的耐應力腐蝕性能，提高鉻、鉬量可以顯著提高鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕的性能，而剛的應力腐蝕和腐蝕疲勞通常都是有點蝕和縫隙腐蝕為起源，因此，人們開始關注耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優良的高合金奧氏體不鏽鋼的研製。

1970年起，氮作為重要的合金元素在不鏽鋼管中的廣泛套用，使得不鏽鋼管的發展進入了一個新的階段，氮在奧氏體不鏽鋼中的套用也為超級奧氏體不鏽鋼的誕生創造了條件。超級奧氏體不鏽鋼管的發展來自許多途徑。例如，在已有的AL-6X（00Cr21Ni24Mo6)基礎上加入了氮，產生了AL-6XN（00Cr21Ni24Mo6N),在高鉬的904L不鏽鋼管基礎上將鉬含量提高到約6%並加入氮。

特性

由於超級奧氏體不鏽鋼是屬於高鎳高鉬而且含有銅、氮的奧氏體不鏽鋼，是比較難熔煉的鋼種，易偏析、開裂等，因此超級奧氏體不鏽鋼是不鏽鋼中生產工藝要求最高、難度最大的品種，它是鋼廠工藝技術的集中體現。與其他常用的Cr-Ni奧氏體鋼一樣，超級奧氏體不鏽鋼具有良好的冷，熱加工性能。

1、熱鍛時最高加熱溫度可達1180攝氏度，最低停鍛溫度不小於900攝氏度。

2、熱成型可在1000—1150攝氏度進行。

3、熱處理工藝為1100—1150攝氏度，加熱後快冷。

4、雖可採用通用的焊接工藝進行焊接，但是最恰當的焊接方法是手工電弧焊和鎢極氬弧焊。

由於904L、254SMO超級奧氏體不鏽鋼具有很強的抗點蝕、縫隙腐蝕、氯離子應力腐蝕和抗晶間腐蝕能力尤其對硫酸根離子、氯離子等酸根離子有很好的耐腐蝕性，可以使用在極其惡劣的工作環境下，因此超級奧氏體不鏽鋼的套用越來越廣泛。

套用領域

1、石油、石化設備，如石化設備中的波紋管。

2、紙漿、造紙漂白設備，如紙漿蒸煮器、漂白設備。

3、發電廠煙氣脫硫裝置，主要使用部位有：吸收塔的塔體、煙道、檔門板、內件、噴淋系統等。

4、海上系統或海水處理，如電廠中用海水冷卻的薄壁冷凝管道、海水淡化處理設備。

5、鹽工業，如製鹽或除鹽設備。

6、熱交換器，尤其在有氯離子工作環境中的熱交換器。