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超級(jí)不銹鋼

超級(jí)不銹鋼是一種特種的不銹鋼，首先在化學(xué)成分上與普通不銹鋼304不同，是

指含高鎳，高鉻，高鉬的一種高合金不銹鋼。其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能

上，與304相比，具有更加優(yōu)秀的耐高溫或者耐腐蝕性能，是304不可取代的。另

外，從不銹鋼的分類上，特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。

中文名

超級(jí)不銹鋼

屈服應(yīng)力

 б0.2為550～850MPa

抗拉強(qiáng)度

 бb 為780～1000MPa

沖擊強(qiáng)度

基本介紹

由于該種特種不銹鋼是一種高合金的材料，所以在制造工藝上相當(dāng)復(fù)雜，人們一

般只能依靠傳統(tǒng)工藝來制造這種特種不銹鋼，如灌注，鍛造，壓延等等。

應(yīng)用領(lǐng)域

1、海洋：海域環(huán)境的海洋構(gòu)造物，海水淡化，海水養(yǎng)殖，海水熱交換等。

2、環(huán)保領(lǐng)域：火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置，廢水處理等。

3、能源領(lǐng)域：原子能發(fā)電，煤炭的綜合利用，海潮發(fā)電等。

4、石油化工領(lǐng)域：煉油，化學(xué)化工設(shè)備等。

5、食品領(lǐng)域：制鹽，醬油釀造等。

超級(jí)不銹鋼按照含鉻量的不同，可以分為超級(jí)馬氏體不銹鋼和超級(jí)奧氏體不銹鋼

兩類

超級(jí)馬氏體不銹鋼

顯微組織

超級(jí)馬氏體不銹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(qiáng)度和韌性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理?xiàng)l件的差異，一些牌號(hào)

的超級(jí)馬氏體不銹鋼基體顯微組織中可能會(huì)出現(xiàn)10%～40%的細(xì)小彌散狀殘留奧氏

體。對(duì)于含鉻16%等級(jí)的超級(jí)馬氏體不銹鋼，顯微組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素

體。為了獲得理想的細(xì)晶?；鼗瘃R氏體，在鋼板交貨之前一般都經(jīng)過淬火加回火

處理。

機(jī)械性能

超級(jí)馬氏體不銹鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強(qiáng)度高和低溫

韌性好的特點(diǎn)。典型的機(jī)械性如下：

延伸率大于12%

焊接性能

馬氏體不銹鋼含鉻13%，由于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，這類不銹鋼的用途嚴(yán)格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過冶煉工藝

的不斷改進(jìn)，降低了馬氏體不銹鋼中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的鎳

（最高含量達(dá)6.5%）和鉬（最高含量2.5%），從而開發(fā)出了超級(jí)馬氏體不銹鋼。

這種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級(jí)馬氏體不銹

鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。

超級(jí)馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護(hù)金屬極電

弧焊（GMAW或SMAW），氣體保護(hù)鎢電弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和勵(lì)磁線圈

電弧焊（FAW）。對(duì)于環(huán)縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊大多數(shù)使用

SAW。但是，激光焊和電子束焊也非常有吸引力。激光焊對(duì)生產(chǎn)直縫焊管是一種

經(jīng)濟(jì)的焊接方法。由于冷卻速度快，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(jí)馬氏體不銹鋼由于含碳量低，相當(dāng)于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以

耐腐蝕性好。

對(duì)于弱酸性腐蝕環(huán)境，超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢(shì)。但是，在高

溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會(huì)產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和

硫化氫同時(shí)存在的腐蝕條件下，必須考慮在室溫下產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋和在高溫

下產(chǎn)生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據(jù)腐蝕條件的不同（如CO2或CO2+H2S），開發(fā)

了不同牌號(hào)的超馬氏體不銹鋼（含鉬或不含鉬）。這種超13Cr不銹鋼已成功地應(yīng)

用于北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田。

應(yīng)用前景

超級(jí)馬氏體不銹鋼除具有傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于泵、壓縮機(jī)、閥

門及其它機(jī)加工用途外，超級(jí)馬氏體不銹鋼的海洋用管也開發(fā)成功，滿足了海上

石油天然氣公司對(duì)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(duì)他們位于荷蘭北部格羅寧根的天然氣田的濕天然

氣處理設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造，包括對(duì)30個(gè)球罐進(jìn)行大修和對(duì)所有輸送管道的更

換，新選用的材料全部是超級(jí)馬氏體13Cr不銹鋼。

阿曼的液態(tài)天然氣工程需要鋪設(shè)幾十公里長(zhǎng)的輸送管線，也采用的是超級(jí)馬氏體

不銹鋼。

此外，超級(jí)馬氏體不銹鋼在水力發(fā)電、采礦設(shè)備、化工設(shè)備、食品工業(yè)、交通運(yùn)

輸及高溫紙漿生產(chǎn)設(shè)備等也極具應(yīng)用潛力。

經(jīng)濟(jì)性

在超級(jí)馬氏體不銹鋼取得成功之前，對(duì)許多應(yīng)用不銹鋼的領(lǐng)域，特別是含二氧化

碳，或者含二氧化碳和硫化氫腐蝕介質(zhì)的環(huán)境，往往使用雙相不銹鋼，一些特殊

部件甚至要求使用超雙相不銹鋼。之后，人們?cè)絹碓蕉嗟赜贸?jí)馬氏體不銹鋼來

部分取代雙相不銹鋼和超雙相不銹鋼，這除了超馬氏體不銹鋼在某些腐蝕環(huán)境下

仍具有強(qiáng)度高、耐蝕性好以及－40℃的沖擊韌性好之外，更主要的原因是超氏體

不銹鋼比雙相不銹鋼更經(jīng)濟(jì)。

首先，在重量相等、耐腐蝕性相當(dāng)?shù)那疤嵯?，采用?3Cr不銹鋼比采用雙相不銹

鋼便宜大約30%。

其次，超13Cr不銹鋼的強(qiáng)度比雙相不銹鋼高得多，所以，用超13Cr不銹鋼制作的

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(jì)下來，超13Cr不銹鋼與雙相不銹鋼相比較，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(jìng)爭(zhēng)日益激烈的工業(yè)，如石油天然氣工業(yè)

上的應(yīng)用。

超級(jí)奧氏體

發(fā)展歷史

超級(jí)奧氏體不銹鋼的概念是與超級(jí)鐵素體不銹鋼及超級(jí)雙相不銹鋼一起出現(xiàn)的。

典型的例子為含6%鉬和7%鉬的超級(jí)奧氏體不銹鋼。這些鋼種都是針對(duì)一些工況條

件苛刻的工業(yè)，如石化，化工，造紙和海上系統(tǒng)等等而開發(fā)出來的。

奧氏體不銹鋼管中著名的牌號(hào)有18-8（日常18-10 或 19-9）型的304不銹鋼（中

國(guó)為00Cr19Ni10)和18-12-2的316（0Cr17Ni12Mo2)。為了解決奧氏體不銹鋼焊后

因鉻碳化物析出所導(dǎo)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(wěn)

定化元素鈦和鈮，20世紀(jì)60年代后期，AOD和VOD等爐外精煉工藝技術(shù)的問世，降

低了鋼中碳量到≤0.03%，解決了奧氏體不銹鋼敏化態(tài)（焊后）晶間腐蝕的敏感

性，提高了鋼中的純凈度，也解決了鋼的固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性。因此，自20

世紀(jì)80年代以來，所開發(fā)的新奧氏體不銹鋼基本上都是超低碳型的。

為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中的耐苛刻介質(zhì)全面腐蝕的需求，在304、316等不銹鋼管

基礎(chǔ)上提高鋼的鉻、鎳、鉬含量，以及加入銅、硅等元素或降低雜質(zhì)元素的殘余

量，又發(fā)展了許多高合金的新牌號(hào)，例如含約4.5%Mo的317LM（00Cr18Ni16Mo5)

和904L不銹鋼（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）以及尿素級(jí)、硝酸級(jí)、核級(jí)、食品級(jí)等類

型的奧氏體不銹鋼管。根據(jù)1962～1997年間對(duì)不銹鋼管大量腐蝕破壞形態(tài)的統(tǒng)

計(jì)，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(yīng)力腐蝕、點(diǎn)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(duì)高的比例。其中點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕仍占20%以上，應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞仍

占10%以上。通過研究，人們已經(jīng)了解到提高奧氏體不銹鋼管中的鎳量可以顯著

提高鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能，提高鉻、鉬量可以顯著提高鋼的耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕

的性能，而剛的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞通常都是有點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕為起源，因此，

人們開始關(guān)注耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)良的高合金奧氏體不銹鋼的研制。

1970年起，氮作為重要的合金元素在不銹鋼管中的廣泛應(yīng)用，使得不銹鋼管的發(fā)

展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，氮在奧氏體不銹鋼中的應(yīng)用也為超級(jí)奧氏體不銹鋼的誕

生創(chuàng)造了條件。超級(jí)奧氏體不銹鋼管的發(fā)展來自許多途徑。例如，在已有的AL-

6X（00Cr21Ni24Mo6)基礎(chǔ)上加入了氮，產(chǎn)生了AL-6XN（00Cr21Ni24Mo6N),在高鉬

的904L不銹鋼管基礎(chǔ)上將鉬含量提高到約6%并加入氮。

特性

由于超級(jí)奧氏體不銹鋼是屬于高鎳高鉬而且含有銅、氮的奧氏體不銹鋼，是比較

難熔煉的鋼種，易偏析、開裂等，因此超級(jí)奧氏體不銹鋼是不銹鋼中生產(chǎn)工藝要

求最高、難度最大的品種，它是鋼廠工藝技術(shù)的集中體現(xiàn)。與其他常用的Cr-Ni

奧氏體鋼一樣，超級(jí)奧氏體不銹鋼具有良好的冷，熱加工性能。

1、熱鍛時(shí)最高加熱溫度可達(dá)1180攝氏度，最低停鍛溫度不小于900攝氏度。

2、熱成型可在1000—1150攝氏度進(jìn)行。

3、熱處理工藝為1100—1150攝氏度，加熱后快冷。

4、雖可采用通用的焊接工藝進(jìn)行焊接，但是最恰當(dāng)?shù)暮附臃椒ㄊ鞘止る娀『负?/p>

鎢極氬弧焊。

由于904L、254SMO超級(jí)奧氏體不銹鋼具有很強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、氯離子應(yīng)力

腐蝕和抗晶間腐蝕能力尤其對(duì)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(huán)境下，因此超級(jí)奧氏體不銹鋼的應(yīng)用越來越廣

泛。

應(yīng)用領(lǐng)域

1、石油、石化設(shè)備，如石化設(shè)備中的波紋管。

2、紙漿、造紙漂白設(shè)備，如紙漿蒸煮器、漂白設(shè)備。

3、發(fā)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(nèi)

件、噴淋系統(tǒng)等。

4、海上系統(tǒng)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(shè)備。

5、鹽工業(yè)，如制鹽或除鹽設(shè)備。

6、熱交換器，尤其在有氯離子工作環(huán)境中的熱交換器。