超級不銹鋼是一種特種不銹鋼，其化學成分不同于普通的304不銹鋼，包含較高的鎳、鉻和鉬。相較于304不銹鋼，超級不銹鋼具備更好的耐高溫和耐腐蝕性能，且不易被替代。在不銹鋼的分類中，超級不銹鋼的金相組織呈現(xiàn)穩(wěn)定的奧氏體狀態(tài)。
歷史沿革
超級奧氏體不銹鋼的概念是隨著超級鐵素體不銹鋼及超級雙相不銹鋼一同提出的。典型代表為含6%鉬和7%鉬的超級奧氏體不銹鋼。這些鋼種是為了應對石化、化工、造紙和海上系統(tǒng)的嚴苛工況而研發(fā)的。奧氏體不銹鋼管中知名的牌號有18-8（日常18-10 或 19-9）型的304不銹鋼（中國為00Cr19Ni10)和18-12-2的316（0Cr17Ni12Mo2)。為解決奧氏體不銹鋼焊后因鉻碳化物析出導致的鉻貧化問題，早期添加了碳化物穩(wěn)定化元素鈦和鈮。20世紀60年代后期，AOD和VOD等爐外精煉工藝技術的出現(xiàn)，使鋼中碳量降至≤0.03%，消除了奧氏體不銹鋼敏化態(tài)（焊后）晶間腐蝕的敏感性，提升了鋼中的純凈度，同時也解決了鋼的固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性。因此，自20世紀80年代起，開發(fā)的新奧氏體不銹鋼基本均為超低碳型。為了適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中耐苛刻介質全面腐蝕的需求，人們在304、316等不銹鋼的基礎上增加了鉻、鎳、鉬含量，引入銅、硅元素或減少了雜質元素的殘余量，發(fā)展了多種高合金新牌號，如含約4.5%Mo的317LM（00Cr18Ni16Mo5)和904L不銹鋼（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）以及尿素級、硝酸級、核級、食品級等類型的奧氏體不銹鋼。據(jù)統(tǒng)計，1962年至1997年間，全面腐蝕和晶間腐蝕的發(fā)生頻率大幅下降，而應力腐蝕、點腐蝕、間隙腐蝕以及腐蝕疲勞等局部腐蝕在腐蝕破壞中占比仍然較高。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。研究表明，提高奧氏體不銹鋼中的鎳含量能夠顯著提升鋼的耐應力腐蝕性能，而提高鉻、鉬含量則能顯著增強鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能。因此，人們開始重視耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)異的高合金奧氏體不銹鋼的研發(fā)。1970年起，氮作為重要合金元素在不銹鋼中的廣泛應用，推動了不銹鋼的發(fā)展進入新階段，氮在奧氏體不銹鋼中的應用也為超級奧氏體不銹鋼的誕生奠定了基礎。超級奧氏體不銹鋼的發(fā)展源于多個方面，如在已有AL-6X（00Cr21Ni24Mo6)基礎上加入氮，形成了AL-6XN（00Cr21Ni24Mo6N)，或將鉬含量提高至約6%并在904L不銹鋼基礎上加入氮。
形成原理
超級奧氏體不銹鋼是高鎳高鉬并且含有銅、氮的奧氏體不銹鋼，其熔煉難度較大，容易產(chǎn)生偏析和開裂等問題，因此是不銹鋼中生產(chǎn)工藝要求最高、難度最大的品種，體現(xiàn)了鋼廠工藝技術水平。盡管如此，超級奧氏體不銹鋼具有良好的冷、熱加工性能。熱鍛時最高加熱溫度可達1,180°C，最低停鍛溫度不低于900°C；熱成型可在1,000–1,150°C進行；熱處理工藝為1,100–1,150°C，加熱后快速冷卻；雖然可采用通用的焊接工藝進行焊接，但最佳的焊接方法是手工電弧焊和鎢極氬弧焊。904L、254SMO等超級奧氏體不銹鋼具有較強的抗點蝕、縫隙腐蝕、氯離子應力腐蝕和抗晶間腐蝕能力，尤其是對硫酸根離子、氯離子等酸根離子具有出色的耐腐蝕性，能夠在極端惡劣的工作環(huán)境中使用，因此超級奧氏體不銹鋼的應用范圍不斷擴大。
性質特征
超級奧氏體不銹鋼的特性與其獨特的化學組成有關。由于其高鎳、高鉬的特性，使得其在耐腐蝕性方面表現(xiàn)出色。此外，超級奧氏體不銹鋼還具有良好的冷、熱加工性能，適用于各種復雜的加工過程。
制造工藝
超級不銹鋼作為一種高合金材料，其制造工藝較為復雜，通常依賴于傳統(tǒng)工藝，如灌注、鍛造、壓延等。
主要應用
海洋
超級不銹鋼在海洋領域的應用涵蓋了海洋構造物、海水淡化、海水養(yǎng)殖、海水熱交換等方面。
環(huán)保
在環(huán)境保護領域，超級不銹鋼可用于火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置、廢水處理等領域。
能源
在能源領域，超級不銹鋼可用于原子能發(fā)電、煤炭綜合利用、海潮發(fā)電等項目。
化學化工
在石油化工領域，超級不銹鋼常用于煉油、化學化工設備等。
食品
在食品行業(yè)，超級不銹鋼可用于制鹽、醬油釀造等環(huán)節(jié)。
分類
超級馬氏體不銹鋼
顯微組織
超級馬氏體不銹鋼的基體金屬顯微組織以回火馬氏體為主。這種低碳回火馬氏體組織具有高強度和韌性。根據(jù)不同牌號和熱處理條件，可能含有10%-40%的細小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16%的超級馬氏體不銹鋼，顯微組織中可能存在少量δ鐵素體。為了獲得理想的細晶?；鼗瘃R氏體，鋼板在交付前通常會經(jīng)過淬火加回火處理。
機械性能
超級馬氏體不銹鋼不僅具有良好的耐腐蝕性、可焊接性，還具有高強度和低溫韌性。其典型的機械性能表現(xiàn)為延伸率超過12%。
焊接性能
超級馬氏體不銹鋼的焊接性能得到了顯著改善，可通過常規(guī)焊接工藝實現(xiàn)，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）。環(huán)縫焊接可使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊多使用SAW。激光焊和電子束焊也是可行的選擇。激光焊在生產(chǎn)直縫焊管時是一種經(jīng)濟有效的焊接方法，因其冷卻速度快，能在焊縫中形成全馬氏體顯微組織，從而獲得良好的韌性和耐蝕性。
耐蝕性能
超級馬氏體不銹鋼由于含碳量低，有效提高了基體金屬中含鉻量的比例，因而具有良好的耐腐蝕性。在弱酸性腐蝕環(huán)境中，超級馬氏體不銹鋼有取代其他耐蝕合金的趨勢。然而，在高溫和二氧化碳存在的腐蝕條件下，會出現(xiàn)一般腐蝕和局部腐蝕。當二氧化碳和硫化氫共存時，應考慮室溫下的應力腐蝕裂紋和高溫下的局部腐蝕和一般腐蝕。為此，開發(fā)了不同牌號的超級馬氏體不銹鋼，以適應不同的腐蝕條件。這種超13Cr不銹鋼已在北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田成功應用。
應用前景
超級馬氏體不銹鋼的應用范圍擴展到了泵、壓縮機、閥門及其他機加工領域。海洋用管的開發(fā)滿足了海上石油天然氣公司的需求，成為海洋用鋼的新選擇。荷蘭NAM石油天然氣公司在格羅寧根的天然氣田進行了現(xiàn)代化改造，其中包括30個球罐的大修和所有輸送管道的更換，均采用了超級馬氏體13Cr不銹鋼。阿曼的液態(tài)天然氣工程也采用了超級馬氏體不銹鋼。此外，超級馬氏體不銹鋼在水力發(fā)電、采礦設備、化工設備、食品工業(yè)、交通運輸及高溫紙漿生產(chǎn)設備等領域也有廣闊的應用前景。
經(jīng)濟性
超級馬氏體不銹鋼的成功應用，使其逐漸取代了雙相不銹鋼和超雙相不銹鋼的部分市場。一方面，同等重量下，超級馬氏體不銹鋼的耐腐蝕性與雙相不銹鋼相當，但價格較后者便宜約30%。另一方面，超級馬氏體不銹鋼的強度高于雙相不銹鋼，因此在制作零部件時，如三通、彎頭、輸送管和支管，可以減薄壁厚，降低成本10%-15%。綜合來看，超級馬氏體不銹鋼相對于雙相不銹鋼的整體成本降低了35%-40%，這一顯著的成本優(yōu)勢使其在競爭激烈的工業(yè)領域，如石油天然氣工業(yè)中更具競爭力。
超級奧氏體不銹鋼
發(fā)展歷史
超級奧氏體不銹鋼的概念伴隨著超級鐵素體不銹鋼及超級雙相不銹鋼的提出而出現(xiàn)。代表性鋼種包括含6%鉬和7%鉬的超級奧氏體不銹鋼。這些鋼種是為應對石化、化工、造紙和海上系統(tǒng)的苛刻工況而開發(fā)的。奧氏體不銹鋼管中知名的牌號有18-8（日常18-10 或 19-9）型的304不銹鋼（中國為00Cr19Ni10)和18-12-2的316（0Cr17Ni12Mo2)。為解決奧氏體不銹鋼焊后因鉻碳化物析出導致的鉻貧化問題，早期添加了碳化物穩(wěn)定化元素鈦和鈮。20世紀60年代后期，AOD和VOD等爐外精煉工藝技術的出現(xiàn)，使鋼中碳量降至≤0.03%，消除了奧氏體不銹鋼敏化態(tài)（焊后）晶間腐蝕的敏感性，提升了鋼中的純凈度，同時也解決了鋼的固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性。因此，自20世紀80年代起，開發(fā)的新奧氏體不銹鋼基本均為超低碳型。為了適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中耐苛刻介質全面腐蝕的需求，人們在304、316等不銹鋼的基礎上增加了鉻、鎳、鉬含量，引入銅、硅元素或減少了雜質元素的殘余量，發(fā)展了多種高合金新牌號，如含約4.5%Mo的317LM（00Cr18Ni16Mo5)和904L不銹鋼（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）以及尿素級、硝酸級、核級、食品級等類型的奧氏體不銹鋼。據(jù)統(tǒng)計，1962年至1997年間，全面腐蝕和晶間腐蝕的發(fā)生頻率大幅下降，而應力腐蝕、點腐蝕、間隙腐蝕以及腐蝕疲勞等局部腐蝕在腐蝕破壞中占比仍然較高。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。研究表明，提高奧氏體不銹鋼中的鎳含量能夠顯著提升鋼的耐應力腐蝕性能，而提高鉻、鉬含量則能顯著增強鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能。因此，人們開始重視耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)異的高合金奧氏體不銹鋼的研發(fā)。1970年起，氮作為重要合金元素在不銹鋼中的廣泛應用，推動了不銹鋼的發(fā)展進入新階段，氮在奧氏體不銹鋼中的應用也為超級奧氏體不銹鋼的誕生奠定了基礎。超級奧氏體不銹鋼的發(fā)展源于多個方面，如在已有AL-6X（00Cr21Ni24Mo6)基礎上加入氮，形成了AL-6XN（00Cr21Ni24Mo6N)，或將鉬含量提高至約6%并在904L不銹鋼基礎上加入氮。
特性
超級奧氏體不銹鋼是高鎳高鉬并且含有銅、氮的奧氏體不銹鋼，其熔煉難度較大，容易產(chǎn)生偏析和開裂等問題，因此是不銹鋼中生產(chǎn)工藝要求最高、難度最大的品種，體現(xiàn)了鋼廠工藝技術水平。盡管如此，超級奧氏體不銹鋼具有良好的冷、熱加工性能。熱鍛時最高加熱溫度可達1,180°C，最低停鍛溫度不低于900°C；熱成型可在1,000–1,150°C進行；熱處理工藝為1,100–1,150°C，加熱后快速冷卻；雖然可采用通用的焊接工藝進行焊接，但最佳的焊接方法是手工電弧焊和鎢極氬弧焊。904L、254SMO等超級奧氏體不銹鋼具有較強的抗點蝕、縫隙腐蝕、氯離子應力腐蝕和抗晶間腐蝕能力，尤其是對硫酸根離子、氯離子等酸根離子具有出色的耐腐蝕性，能夠在極端惡劣的工作環(huán)境中使用，因此超級奧氏體不銹鋼的應用范圍不斷擴大。
應用領域
超級奧氏體不銹鋼的應用領域廣泛，包括石油、石化設備，如石化設備中的波紋管；紙漿、造紙漂白設備，如紙漿蒸煮器、漂白設備；發(fā)電廠煙氣脫硫裝置，如吸收塔的塔體、煙道、擋板、內(nèi)部構件、噴淋系統(tǒng)等；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、海水淡化處理設備；鹽工業(yè)，如制鹽或除鹽設備；熱交換器，尤其是在有氯離子工作的熱交換器。
參考資料 >
什么是超級不銹鋼？.歐米伽金屬.2024-08-15
超級奧氏體不銹鋼科普介紹.上海深卉.2024-08-15
S20910奧氏體超級不銹鋼材質成分性能.搜狐.2024-08-15