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双相不锈钢及其应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-26  浏览次数:17 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网当地报道:目前,全世界双相不锈钢产品约占不锈钢市场的10%,电磁斜槽是一个密封式矩形截面的衬砖流槽,衬砖要求

  中华不锈钢网当地报道:目前,全世界双相不锈钢产品约占不锈钢市场的10%,电磁斜槽是一个密封式矩形截面的衬砖流槽,衬砖要求耐高温和抗腐蚀以及良好的隔热性。流槽榴沟的内衬是6厘米厚的铬镁砖;中间层是25厘米厚的泡沫粘土砖;最外层是10厘米厚的耐热混凝土。流槽的坡度为5-6%,这种结构的自流槽能够顺利地使铁水运送达400米左右的距离,而铁水不会凝固。大型篼炉流出的铁水,经电磁斜槽和电磁泵注人炼钢车间的混铁炉。炼钢时,混铁炉把铁水倒出,经电磁斜槽再注人炼钢炉。钢炼成后,钢水经电磁斜相和电磁泵注人连铸机浇成铸坯。达165万吨左右。到2010年前,双相不锈钢产量将增加50%.1997年10月世界不锈钢杂志社在荷兰举办的第五届双相不锈钢国际会议对双相不锈钢费效比方面的确实优点作出了世界性评定。本文介绍国内外双相不锈钢的发展动态及其在工业中的广泛应用。
  
  1双相不锈钢1.1双相不锈钢的特点、优点及其分类双相不锈钢的主要特点是其组织结构由a铁素体和Y奥氏体二相组成。目前,在工程上广泛应用的双相不锈钢中a和Y相的体积,约各占50%.因双相不锈钢是a+Y组织,故兼有奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的特性,与前两者相比,其韧性高、脆性转变温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性能显着提高。同时,保留了铁素体不锈钢导热系数高、膨胀系数小、具有超塑性等特性;与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢的屈服强度和疲劳强度显着提高,且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善,费效比好。
  
  为欧美等国双相不锈钢主要钢号及其化分为以下4类:不含Mo、经济型双相不锈钢主要成分10%N,如UR35N、SAF2304等。经济型双相不锈钢在许多场合下可取代奥氏体不锈钢AISI304、316是费效比最好的不锈钢种,抗点蚀当量PREN等。为了改善在富含氯化物酸性介质中的耐蚀性能,提高其抗点蚀性能,此类钢最近提高了氮含量。其耐蚀性能在AISI316与6%Mo+N的超级奥氏体不锈钢之间,抗点蚀当量PREN29 ~36可取代317L、317LN等奥氏体不锈钢。
  
  高级双相不锈钢主要成分为25%Cr并添加入不同含量的合金元素Mo、W、Cu、N.抗的超级双相不锈钢主要成分为25%Ci、6.8%Ni、3.7%Mo、0.27%N,添加或不添加Cu或W,如UR52N+、SAF2507等。此类钢是专门为海洋、化工和石油工程设计,要求在含有氯化物酸等苛刻环境下有好的耐蚀性能和高的力学性能,是6Mo型超级奥氏体不锈钢、钛材和玻璃纤维增强塑料的替代材料。
  
  1.双相不锈钢的发展动态(1)合金材料成分设计在合金材料成分设计方面,双相不锈钢的发展动态是适当提高钢中氮含量和奥氏体的比率,添加微量合金W、Cu、Re等,开发新型稀土双相不锈钢和超级双相不表1欧美等国双相不锈钢主要钢号与化学成分分盖国UNS号主要化学成分/%对应的一些商抗点蚀当量值PREN或类欧洲标准EN号其它业牌号或钢号氮在新型双相不锈钢中是重要的元素之一。
  
  中华不锈钢网当地报道:在一般双相不锈钢中铁素体和奥氏体二相的抗点蚀当量值是不同的,而在含氮的双相不锈钢中其二相的抗点蚀当量值PREN比较接近。因为Y晶粒的PREN值由于氮的过合金化而增加,而a晶粒的PREN值几乎不受N含量的影响(氮在铁素体的溶解度几乎是零)氮对22Cr―5.5Ni―3Mo双相不锈钢模拟焊接件耐蚀性能影响的研究结果表明,增加氮含量提高了基体金属和热影响区抗点蚀和应力腐蚀开裂的性能。这是由于氮固溶于Y相,改善了Y相的耐蚀性能。在焊后冷却过程中氮促进了Y相的形成,并避免了铬的碳化物Ci23C6或氮化物CnN在晶界形成。当氮含量低于0.08%时,热影响区只有少量的Y相,对晶间腐蚀十分敏感甚至在不含H2S的100°C、应力腐蚀开裂。高于0.12%N对保证该钢在此种介质中的抗应力腐蚀性能是必需的。随着氮含量由0.047%提高到0.238%,该钢在10%FeCb°6H2和5%NaCl溶液中的耐点蚀性能不断提高。因此,世界各国都适当提高双相不锈钢的氮含量。但是,提高钢中氮含量不能超过钢中固溶最近的发展趋势是把Y相在基体金属中的比率提高到(5~60)%,这使双相不锈钢在低温下能得到更好的韧性,且在热影响区有更高的Y含量。
  
  这也有利于提高氮的溶解度,但容易析出脆性的金属化合物,须采用适当焊接工艺加以控制。
  
  最近的研究结果表明,稀土元素Re通过形成稀土硫氧化物控制了硫化物性态,并通过固溶微合金化增加了Y相含量、延缓了碳化物在a相析出,使钢中易被腐蚀的a相的腐蚀明显受阻,因而提高了双相不锈钢的耐蚀性能、力学性能和热加工性能。近几年根据该原理开发的新型稀土双相不锈钢有中国兵器工业五二研究所的SG52、瑞典山特维克特钢公司与荷兰斯塔米卡邦公司联合开发的Safurex等。
  
  在双相不锈钢生产工艺技术方面也有几项新的发展:在连续自动生产线上采用计算机控制双相不锈钢管的双电弧焊缝;采用微机模拟辅助生产大截面双相不锈钢锻件;用等离子涂复双相不锈钢防护层来解决一些设备的腐蚀防护问题;用于近海天然气和石油工业中的双相不锈钢水下焊接技术。
  
  表2新型稀土双相不锈钢SG52的耐蚀性能介质浓度/%(w)温度耐蚀性能硫酸90501硫酸20702硫酸10902硫酸10701硫酸020室温500硫酸040室温0硫酸5070室温1硫酸60100室温0硝酸65沸腾2硝酸<65室温0硝酸<65室温0浓硝酸、发烟硝酸6568<801磷酸060沸腾0磷酸701000磷酸80100900盐酸4202盐酸<2室温0盐酸<1400甲酸080沸腾(蒸气)0苯甲酸生产浓度2402600醋酸050室温800乳酸080沸腾0氯化胺及其饱和溶液050室温1150海水13室温1200氯化钠水溶液pH=412<20008%65%NH4Cl+0.沸腾温度0室温0素合成塔20气提塔hHpca甲慎冷凝器、HP洗涤器i合金bookmark5 2新型稀土双相不锈钢SG52中国兵器工业第五二研究所研制成功并通过省部级专家鉴定的新型稀土双相不锈钢SG52抗点蚀当量PREN>40,系当今世界上的超级双相不锈钢种。该钢采用稀土改性,并以氮代镍、经济有效。SG52具有优良的耐蚀性能、力学性能和工艺性能。其在沸腾温度、5%H2SO4水溶液中的耐蚀性能明显优于奥氏体不锈钢316L、0Ci.l8Ni12M2Ti和法国双相不锈钢U50.其中,316L和0Ci.18Ni12M2Ti的腐蚀速率分别比SG52高8倍和5倍以上;在氨基甲酸盐溶液和工业苯酚污水中的耐蚀性能优于尿素级316L,至少)相当,并具有很高的抗应力腐蚀性能,可作为多种介质中的耐蚀材料,见表2. SG52显微组织稳定性好,冶、铸、锻、轧等热加工工艺性能俱佳,可生产各种铸锻件、板材、管材和丝材。SG52焊接性能优良,在室温下可用本钢种焊丝或奥氏体焊丝H00Ci.25Ni22Mn4Mo2N和H0Ci.25Ni20及焊条E316L、E308L和A00Cr25Ni22Mn4Mo2N进行本钢种或同异种金属奥氏体不锈钢0Ci.18Ni12M2Ti、316L和低碳钢Q235的氩弧焊与电弧焊且焊前不用预热、焊后无需回火。SG52―SG52电弧焊接接头的平均强度时2>533MPa、低温冲击韧性一40°CAkv>55,大大超过美国双相不锈钢焊接工艺标准WPQ95.048、一20°CAkv>40的要求。
  
  3双相不锈钢在工业中的应用3.1化肥生产中的应用1960年荷兰国家矿业公司DSM用双相不锈钢制造尿素生产用的氨基甲酸盐泵和阀门等非焊接件。1980年起,DSM大量使用双相不锈钢,从管道到大型设备都逐渐使用了双相不锈钢。
  
  中华不锈钢网当地报道:在尿素生产过程中,双相不锈钢用于含氧的温度185°C的氨基甲酸盐溶液和无氧的温度130°C的甲铵溶液2种工况,可取代钛材、尿素级奥氏体不锈钢316L和高镍合金用于制造尿工业苯酚污水(含有H2S4、Na2S3、煤油等多种介质)pH=尿素合成塔、冷凝器工况(尿素、氨、二氧化碳、氨硝酸钙、硝酸铵、氮磷钾复合肥料生产工况卤素、维尼龙和聚乙烯生产工况TDI冷凝器、再沸器、光化反应塔工况(70%CoCl2+30%Ha1801:蒸气、1.51.6MPa)注:0完全耐蚀1接近于完全耐蚀2不很耐蚀表3新型稀土双相不锈钢SGS的横向力学性能热拉伸性能冲击功硬度处理wa2状态MPa室温室温Akv/铸钢固溶处理锻钢固溶处理等。生产实践证明,双相不锈钢X2Ci.NiMN22 53制造的冷凝器使用了12年;而用钛材和高镍在同样工况下仅使用了5年和8年。双相不锈钢冷凝器的造价仅30万美元,而同样的高镍合金冷凝器造价高达100万元。
  
  在我国新型稀土双相不锈钢SG52取代尿素和0Ci.17Mnl3Mo2N用于制造高温高压尿素阀芯,受到内蒙古化肥厂、九江化肥厂、宁夏化肥厂、镇海石化厂和乌鲁木齐化肥厂的好评。内蒙古化肥厂于1998年10月采用SG52制造尿素合成塔的大阀芯88XL240mm力26.5MPa下的尿素、氨、二氧化碳、氨基甲酸铵溶液中工作1年多,至今完好无损。采用SG52新型稀土双相不锈钢显着提高了生产设备使用寿命,经济效益显着。
  
  双相不锈钢也广泛用于制造硝酸钙、硝酸铵和氮磷钾复合肥料的生产设备。
  
  3.2化学工业中的应用聚氯乙稀(PVC)解析塔与热交换器氯化物、温度约105°C.在生产过程中温度和pH值易变化,氯化物在沉积条件下也可能增加。由于应力腐蚀,316L和316Ti解析塔仅用半年便失效。双相不锈钢、特别是超级双相不锈钢,由于它们的应力腐蚀门槛值高,适合这种工况。1985年用UR52N制造了第1台解析塔。此后,用UR52N和UR45N制造了许多解析塔,使用寿命比316L长得多。一些用UR52N+制造的解析塔工作了8年没有出现任何问题。其它象热交换器的设备已用25%Cr双相不锈钢制逍2.主要介质有碱、碳酸钠、小苏打、氢氧化钠和氯化物。早在1991年便采用双相不锈钢UR52N+、22mm厚钢板、埋弧焊工艺制造。
  
  主要介质有高压下的烯烃、一氧化碳、氢气和酸性催化剂,温度175 ~200°C.采用抗点蚀当量PREN> 60~90°C,并有氧化物存在,且有腐蚀现象。在这种工况下超级双相不锈钢UR52N+相当于或优于超级奥氏体不锈钢NO.8904等,特别是在有氯化物介质污染的腐蚀工况条件下。我国包头市黄河化工股份有限公司用新型稀土双相不锈钢SG52制造硫酸生产用内喷文氏管喷嘴、蜗壳、外壳和进酸管铸锻件等可使用2年以上。
  
  4结论双相不锈钢、新型稀土双相不锈钢和超级双相不锈钢均具有优良的耐蚀性能、力学性能和工艺性能。与奥氏体不锈钢相比,其费效比好、发展迅速,在工业中有极其广泛的应用。中华不锈钢网当地报道

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