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          超級奧氏體不銹鋼的發展

          發布時間:2021-01-05   點擊次數:28次

          超級奧氏體不銹鋼的概念是與超級鐵素體不銹鋼及超級雙相不銹鋼一起出現的。典型的例子為含6%鉬和7%鉬的超級奧氏體不銹鋼。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。十幾年的實際應用經驗充分地證明,超級奧氏體不銹鋼應用范圍在不斷地擴大.

          自從奧氏體不銹鋼于二十世紀初期于德國被開發出來以后,奧氏體不銹鋼一直是根據各種技術要求和當時的生產能力按不同道路不斷地發展起來的。促進奧氏體不銹鋼發展的一個重要推動力是用戶對可抵抗惡劣環境材料的需求。

          1. 先進的奧氏體不銹鋼

            早期,人們曾通過加入鉬和硅來增加不銹鋼抵抗各種酸腐蝕的能力。造成高合金化不銹鋼三十年代就得以發展的一個特殊介質是硫酸。在法國和瑞典,人們曾開發了含20%鉻、25%鎳、4.5%鉬和1.5%銅的合金,并被命名為 Uranus B6或904L。而在美國則按相似的方法研制出了含20%鉻、30%鎳、2.5%鉬和3.5%銅的20號合金。八十年代末國內研制出了00Cr20Ni25Mo4.5Cu(相當于ASTM  N08904  EN1.4539)。自七十年代以來,B6號合金一般稱之為904L,在紙漿及造紙工業和化學工業等方面被廣泛使用。并很快地被推廣到其它工業領域。其用途增加的一個原因是通過采用先進的冶煉技術,比如七十年代初的氬-氧脫碳精煉(AOD)技術,使得生產能力得到了較大提高。這些革新技術使合金元素的添加過程得到了更好的控制。清除有害微量元素的過程也得到了很大的改進。這些均為制造更高合金化的不銹鋼打下了基礎。20號和904L 號合金為超級奧氏體不銹鋼的進一步發展奠定了基礎。瑞典于五十年代首次生產出了用于特殊環境下的含6%鉬不銹鋼。其主要合金含量為:16.5%鉻,30%鎳和6%鉬。這也就是后來254 SMO的雛形。美國也于七十年代初期研制出了AL-6X。其主要合金含量為: 20%鉻,25%鎳和6%鉬。這一鋼種的主要用途是電廠中用海水冷卻的薄壁冷凝管道。高的合金含量使這種不銹鋼容易產生金屬中間相的析出,因此妨礙了厚壁型材或管材的制造。
            2、 將氮作為一種合金成分
            氮作為奧氏體不銹鋼中一個很重要的合金元素,這個概念已被研究和使用了幾十年。到目前為止,氮合金化已達到了很高的技術水平。不銹鋼中的含氮量已高達1%。比如,Armco公司生產的Nitronic系列產品,因為它們具較高的機械強度而得到廣泛的應用。然而,也是在完全正確地使用了氬-氧脫碳精煉法之后,這些產品才有了顯著的商業性突破。
          六十年代末,人們還發現添加氮可以阻止奧氏體不銹鋼中金屬中間相的析出。低鉬含量為4%和含0.15%氮的德國W.Nr.1.4439號不銹鋼(317LMN)是使用這一理論很好的實例。這種不銹鋼一直被用于惡劣環境下的許多用途中,如煙氣脫硫裝置和紙漿及造紙漂白設備等。
          早在1942年Uhlig就已指出了氮對不銹鋼抵抗點腐蝕的積極影響。然而,其效果,尤其是與鉬結合所產生的疊加效果,直到八十年初才獲得充分的證明。
            3、 含6%鉬的超級奧氏體不銹鋼
            1976年,瑞典研制出一種新型的含6%鉬不銹鋼,即254 SMO。八十年代末國內研制出了00Cr20Ni18Mo6CuN(相當于ASTM S31254  EN1.4547)。由于氮的加入使得金屬中間相的沉淀變得更加緩慢,因此有利于較厚材料的生產,如中厚板和厚壁管材。同時,它的抗腐蝕性和機械性能也得到了很大的提高。以后,其它的含6%鉬不銹鋼都是按照這種氮合金方法生產的。所謂的6鉬超級奧氏體不銹鋼家族的共同特點就是它們都具有非常高的抗點蝕和抗縫隙腐蝕能力。因此,一直廣泛地應用于海上及脫鹽工業,海水處理,含氯的漂白設備及二氧化氯階段設備和煙氣脫硫裝置中。254 SMO的出現,標志著6鉬超級奧氏體不銹鋼工業化和商業化的開始。
            4、 含7%鉬的超級奧氏體不銹鋼
            錳對氮溶解度的積極影響曾被應用于許多合金化改進過程中。經試驗發現鉻和鉬也具有相似的作用。八十年代,瑞典和德國都曾開發出了含有較多鉻、錳和鉬并且氮含量很高的合金。934LN和24號兩種合金都含有約0.4%的氮,見表1。與含6%鉬的超級奧氏體不銹鋼相比,這兩種鋼具有相似的抗腐蝕性和很高的強度。

          表1 用于防止濕腐蝕用途的主要高合金奧氏體不銹鋼的化學成分

           

          合金

          ASTM

          EN

          GB

          合金20

           

          2.4660

           

          20

          30

          2.5

          3.5

          -

          B6或904L

          N08904

          1.4539

          00Cr20Ni25Mo4.5Cu

          20

          25

          4.5

          1.5

          -

          317LMN

          S317L

          1.4439

           

          17

          14

          4

          -

          0.15

          Sanicro28

           

          1.4563

           

          27

          31

          3.5

          1

          -

          AL-6X

          -

           

          20

          25

          6

          -

          -

          254SMO

          S31254

          1.4547

          00Cr20Ni18Mo6CuN

          20

          18

          6.1

          0.7

          0.2

          934LN

           

          -

           

          20

          15

          4.5

          -

          0.4

          654SMO

          S32654

          1.4652

           

          24

          22

          7.3

          0.5

          0.5

            用熱力學數據庫給預測高合金奧氏體不銹鋼的氮溶解度帶來新的發展。仍然是在錳添加量較低的情況下,若鉻和鉬的合金含量被進一步提高,氮含量可以達到更高水平。此作法曾被試用于654 SMO的研制中。如表1所示,654 SMO含有約3%錳和0.5%氮(9)。654 SMO是一種含7%鉬的超級奧氏體不銹鋼,其防腐能力與鎳基合金相當。654 SMO的出現,是奧氏體不銹鋼發展史上一個里程碑。654 SMO 可用目前流行的氬-氧脫碳精煉法冶煉,同時也可用生產不銹鋼的連續鑄造法生產。一種相似的不銹鋼,B66,在法國也是按這些方法制造出來的,但一些鉬被鎢所取代了。
            5、 其它發展
            七十年代,瑞典開發出了一種特殊的,用于磷酸設施的高合金奧氏體不銹鋼Sanicro 28。它含有較多的鉻和氮,見表1。和904L和20號合金一樣,這個鋼種也顯示了具有抗應力腐蝕破裂的性能。這種鋼一直被用于磷酸和硫酸環境中的管材及較深酸性氣井中的套筒和襯管。同時它還被用作進一步研制含更多合金鋼材的基礎。其中一個例子就是德國研制的含很多鉻(33%),適量鉬(1.6%)和0.4%氮的33號合金。這種合金具有很好的耐腐蝕性能。另一個發展是20世紀70年代研制出的一種用于高溫度、高濃度硫酸及高濃度硝酸中的高硅奧氏體不銹鋼。瑞典開發出了這種鋼。這種合金后來被定名為SX(12)。它含有高達5%的硅和2%的銅,在特定環境中具有良好的耐腐蝕性能。

           

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