王國棟:我國高端不銹鋼管制造技術(不銹鋼中的主要合金元素及其作用)
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王國棟:我國高端不銹鋼管制造技術
在當前鋼鐵行業高質量發展、鋼鐵行業綠色低碳發展的新時期,不銹鋼以其高耐蝕、長壽命、壽命周期成本低、100%回收利用等優點,成為最具發展潛力的鋼鐵產品。
核電軍工化工等工業用材國產化進程的加快,建筑工程、供水領域等民用市場的拓展都預示著不銹鋼管應用前景廣闊,用戶對產品的需求不斷走向高端化高、精、特、快、專、省,同時也將促進高端不銹鋼管制造技術不斷創新和進步,支撐不銹鋼管行業向綠色化、智能化、高質化、服務化方向發展。
高氮鋼是近年來出現的一種新型工程材料,是材料中的實際氮含量超過常壓下(0.1MPa)制備材料所能達到的極限值的鋼。
其中,高氮奧氏體不銹鋼的氮含量在0.40%以上,高氮鐵素鐵、馬氏體不銹鋼的氮含量均大于0.08%。
采用氮做合金元素,不僅可以穩定奧氏體組織,提高強度,使韌性無顯著下降,而且還可以提高耐腐蝕性能。
雙相不銹鋼典型品種:第一類屬低合金型,代表牌號UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1N),鋼中不含鉬,PREN值為24-26,在耐應力腐蝕方面可代替AISI304或316使用。
第二類屬中合金型,代表牌號是UNSS31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N,即2205),PREN值為32-35,其耐蝕性能介于AISI316L和6%Mo+N奧氏體之間。
第三類屬高合金型,一般含25%Cr,還含有鉬和氮,有的還含有銅和鎢,標準牌號UNS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PREN值為37-39,這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。
第四類屬超級雙相不銹鋼型,含高鉬和氮,標準牌號UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N,即2507),有的也含鎢和銅,PREN值大于40,可適用于苛刻的介質條件,具有良好的耐蝕與力學綜合性能,可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。
超級奧氏體不銹鋼是一種特種不銹鋼,與普通奧氏體不銹鋼相比,Ni、Cr、Mo、N等合金元素含量均高于一般值,特別是Mo,可達4.5%~7%。
其特點主要是:1)高合金化,主要是鉻、鉬、氮,尤其是鉬,含量顯著高于常規不銹鋼;2)高純化,尤其是C含量;3)高性能,具有高的耐局部腐蝕性能,抗應力腐蝕開裂性能。
但由于鉻和鉬含量均較高,處理不好會出現金屬中間相,如sigma相。
此外,還有熱核聚變實驗堆用不銹鋼材料、核電用不銹鋼材料主管道、航空用超高強度不銹鋼等。
不銹鋼中的主要合金元素及其作用
不銹鋼中的主要合金元素及其作用一、鉻鉻是不銹鋼中最重要的合金元素。
由于鉻形成的致密穩定的Cr2O3膜的保護,防止了介質繼續滲透和腐蝕金屬基體。
因此,如果鋼中的鉻含量達到5%,就表現出一定的耐腐蝕性。
經過多年的研究和實踐,發現根據電化學腐蝕理論,當為了提高鋼的電極電位而向鐵基固溶體中添加鉻時,只有當鉻含量達到一定濃度時,腐蝕才會減弱,鋼的耐蝕性才會顯著提高。
12.5%鉻原子量/鐵原子量12.5/55.811.7%這11.7%的鉻含量是不銹鋼中鉻含量的最低限度,即只有當鉻含量高于這一限度時,該鋼才可稱為不銹鋼。
當然,在不同的腐蝕介質條件下,鋼中的鉻含量有。
當它變成馬氏體不銹鋼時,它將在加熱和冷卻過程中經歷相變。
例如,1Cr17Ni2鋼的抗拉強度可以通過熱處理來調節。
經油淬和不同溫度回火后,抗拉強度可在N/mm2之間調整,滿足使用要求。
作為另一個例子,當鎳含量連續增加到約8%時,可以獲得單相奧氏體結構,即廣泛使用的18-8奧氏體不銹鋼,其比具有相同鐵素體不銹鋼含量的馬氏體不銹鋼具有更好的耐腐蝕性,并且在低溫下具有更好的可加工性、可焊接性、塑性和沖擊韌性。
可見,鎳在不銹鋼中的應用主要是與鉻配合,以發揮更好的作用,改變不銹鋼的結構,從而大大提高不銹鋼在某些腐蝕介質中的力學性能。
雙相不銹鋼攪拌罐的應用
雙相不銹鋼攪拌罐是普通不銹鋼的兩倍,因此可以節約用材,降低設備制造成本。
在防腐蝕方面,特別是介質環境比較惡劣,如海水,氯離子含量較高)的條件下,雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼。
1.屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高,且具有成型需要的塑韌性。
采用雙相不銹鋼制造儲罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少百分之三十到百分之五十。
4.具有耐應力腐蝕破裂的能力,即使是含合金量低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼高的耐應力腐蝕破裂的能力,在含氯離子的環境中。
6.具有良好的耐局部腐蝕性能,與合金含量相當的奧氏體不銹鋼相比,它的耐損腐蝕和疲勞腐蝕性能都比奧氏體不銹鋼好。
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