“超級”牌號不銹鋼的化學(xué)成分，%

超級雙相不銹鋼型，含高鉬和氮，標(biāo)準(zhǔn)牌號UNSS32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N），有的也含鎢和銅，PREN值大于40，可適用于苛刻的介質(zhì)條件，具有良好的耐蝕與力學(xué)綜合性能，可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。

1、超馬氏體不銹鋼的典型化學(xué)成分

這類新型的超馬氏體不銹鋼，為了適應(yīng)不同的使用條件，比利時沙勒洛伊公司（FaEER）研究設(shè)計(jì)了三種不同化學(xué)成分的合金

   近年來，各國不銹鋼生產(chǎn)廠在開發(fā)低碳、低氮超馬氏體不銹鋼方面，作出了巨大的努力，生產(chǎn)出了適用于不同用途的超馬氏體不銹鋼。

2、超馬體不銹鋼的顯微組織

超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)含鎳量的不同的熱處理?xiàng)l件的差異，一些牌號的超馬氏體不銹鋼基體顯微組織中可能會出現(xiàn)10%～40%的細(xì)小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16%等級的超馬氏體不銹鋼，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。

 

3、超氏體不銹鋼的機(jī)械性能

   超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:

    屈服應(yīng)力б_0.2為550～850MPa

    抗拉強(qiáng)度 б_b為780～1000MPa

    沖擊強(qiáng)度大于50焦耳

    延伸率大于12%

 阿維斯塔.謝菲爾德公司生產(chǎn)的248SV馬氏體不銹鋼的物理機(jī)械性能

   為了獲得好的低溫性能，減少顯微組織中鐵素體含量，甚至完全消除它是極重要的。為此，要很好地控制所有的加工過程，避免在這些加工過程中對產(chǎn)品的*終化學(xué)成分帶來影響，不利于鋼材顯微組織的控制。

   表1所列合金1能夠滿足-20C沖擊性能的要求，合金2及合金3能夠滿足-40C沖擊性能的要求。為了充分論證超馬氏體不銹鋼的韌性，對不同的13Cr材質(zhì)的零件，特別是對它上面的焊縫，比利時焊接研究所（位于根特市）完成了大量的試驗(yàn)。

   通過不同試驗(yàn)方法的嚴(yán)格論證，已經(jīng)證明：只要試樣不存在各種人為的缺口，各種方法都獲得了很好的試驗(yàn)結(jié)果。這充分證明可焊接13Cr不銹鋼的低溫韌性是很好的。

超馬氏體不銹鋼在鍛造加工時，對鍛造溫度和鍛造力都沒有特別的要求。即使鍛造溫度偏低，同樣能得到無裂紋鍛造。從而清楚表明，超馬氏體不銹鋼具有很好的可鍛性。    4、超馬氏體不銹鋼的焊接性能

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。在過去，這類鋼的用途嚴(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（*高含量達(dá)6.5%）和鉬（*高含量2.5%），從而開發(fā)出了超馬氏體不銹鋼。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）和勵磁線圈電弧焊（FAW）。對于環(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。

   為了保證焊縫具有高的韌性和良好的耐腐蝕性，目前使用的焊絲多為雙相不銹鋼和超雙相不銹鋼。但是，因?yàn)榕c基體材質(zhì)不同，導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)不均勻腐蝕的現(xiàn)象，而且，雙相不銹鋼或超雙相不銹鋼比超13Cr不銹鋼價錢貴很多，因此，人們正在努力開發(fā)與超馬氏體不銹鋼相匹配的焊線，用來取代雙相不銹鋼或超雙相不銹鋼焊絲。

   低碳和低氮超馬氏體不銹鋼能夠在焊接狀態(tài)下使用。對某些馬氏體不銹鋼牌號（特別是那些另外添加氮的鋼）為了得到較低的硬度和更好的韌性，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行焊后熱處理。

 焊后熱處理的影響大小取決于基體金屬的化學(xué)成分、熱處理時間、溫度以及所采用的焊絲材質(zhì)（是雙相不銹鋼或是與基體金屬相匹配的材料）。在制定熱處理工藝及熱加工加熱溫度時，要十分注意*高加熱溫度，若*高加熱溫度控制不當(dāng)，則容易出現(xiàn)晶粒長大，從而導(dǎo)致韌性的顯著降低。當(dāng)然，對這類鋼的深入研究發(fā)現(xiàn)，即使出現(xiàn)了非常粗的晶粒，可以重新施以淬火加回火處理使晶粒細(xì)化。例如從ASTM2級細(xì)化為ASTM5級或6級。這也是超Cr13不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)之一。

5、超馬氏體不銹鋼的耐腐蝕性能

   超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。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下，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)了不同牌號的超馬氏體不銹鋼（含鉬或不含鉬）。本文表1中的合金1適用于不含酸，也沒有硫化氫的環(huán)境條件；合金2適用于弱酸，*大硫化氫含量為10ppm的環(huán)境條件；合金3適用于弱酸，*大硫化氫含量為50ppm的環(huán)境條件。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，這兩個油田的環(huán)境條件。阿維斯塔.謝菲爾德公司開發(fā)的248SV馬氏

體不銹鋼耐一般腐蝕和點(diǎn)腐蝕的性能優(yōu)于13%鉻和17%鉻馬氏體不銹鋼，而與304型奧體不銹鋼相當(dāng)，這些都說明超馬氏體不銹鋼具有較好的耐腐蝕性。

   超馬氏體不銹鋼亦稱軟馬氏體不銹鋼，有的也叫做可焊接馬氏體不銹鋼或13Cr不銹鋼。

   傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼通常是指410、420和431等牌號的不銹鋼，含鉻量分別為13%和17%左右。由于這類鋼缺乏足夠的延展性，而且在制造過程中墩應(yīng)力裂紋十分敏感，可焊性差，因而，使用受到限制，成為不銹鋼簇中不太受關(guān)注的一類材料。

   為了克服上述不足，50年代末，瑞士人引入了軟馬氏體的概念。*初的目的是為了改善水輪發(fā)電機(jī)葉輪的焊接性能。通過降低含量（*高碳含理為0.07%），增加鎳含量（3.5%～4.5%），開發(fā)出了一系列新的合金。這類合金抗拉強(qiáng)度高，延展性又好，焊接性能也得到了改善。

隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)步，AOD/VOD精炬技術(shù)廣泛地應(yīng)用于不銹鋼的精煉，這類合金的*高碳含量從0.07%降低到0.05%和0.03%。經(jīng)過人們不懈的努力，碳含量進(jìn)一步降低，同時合金成分經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化，不銹鋼的綜合機(jī)械能得到提高，耐腐蝕性良好，特別是焊接性能得到顯著改善，形成了新的超馬氏體不銹鋼系列，成為不銹鋼簇中耀眼的一個系列，受到人們廣泛的關(guān)注。

6、超馬氏體不銹鋼的應(yīng)用前景

   超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，超馬氏體海洋用管已經(jīng)開發(fā)成功，滿足了海上石油天然氣公司對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石油天然公司已經(jīng)決定對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30個球罐進(jìn)行大修和對所有輸送管道的更換，新選用的材料全部是超馬氏體13Cr不銹鋼。

   阿曼國的液態(tài)天然氣工程需要鋪設(shè)幾十公里長的輸送管線，也采用的是超馬氏體不銹鋼。埃及和尼日利亞也在研究類似的工程。

   此外，如水力發(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)備也是**潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。

7、超馬氏體不銹鋼的經(jīng)濟(jì)性

   在超馬氏體不銹鋼取得成功之前，對許多應(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?，F(xiàn)在，人們越來越多地用超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%?？傆?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爭日益激烈的工業(yè)，如石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)用。

8、結(jié)論

 （1）超馬氏體不銹鋼具有較好的機(jī)械性能，典型的屈服應(yīng)力б_0.2為550～850MPa，抗拉強(qiáng)度為780～1000MPa，并具有很好的沖擊韌性和延展性。

 （2）超馬氏體不銹鋼的顯微組織為低碳回火馬氏體。根據(jù)含鎳量的多少及熱處理?xiàng)l件的差異，一些超馬氏體不銹鋼的組織可能出現(xiàn)部分細(xì)化彌散的殘留奧氏體和少許的б鐵素體。

 （3）由于含碳量比傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼低，而且，鋼中增加了適量的鎳和鉬， 因而，耐腐蝕性有所提高，

 （4）超馬氏體不銹鋼焊接性能比傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼好，可以采用常規(guī)的焊接工藝實(shí)施焊接。低碳低氮超馬氏體不銹鋼可以在焊接狀態(tài)下使用，必要時可以施以焊后熱處理，以獲得較低的硬度和更好的韌性。

 （5）超13Cr不銹鋼是一類經(jīng)濟(jì)適用的新鋼種，其使用成本比雙相不銹鋼低35%～40%，從而使這類鋼在不銹鋼家族中具有極強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣闊。

石油化學(xué)和化學(xué)工業(yè)

   石油化學(xué)和化學(xué)工業(yè)腐蝕環(huán)境的特征是反應(yīng)溫度較高，介質(zhì)中常含有高濃度或中等濃度的氯化物，容易誘發(fā)不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂。在這一領(lǐng)域中不僅使用雙相不銹鋼，更多的還要使用超級雙相不銹鋼。

氯化烯生產(chǎn)裝置

氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯的腐蝕環(huán)境是相當(dāng)苛刻的，各種級別的雙相不銹鋼用于制造該裝置中的容器、熱交換器和管道系統(tǒng)，*苛刻的腐蝕條件是接觸鹽酸，超級雙相不銹鋼多用于制造關(guān)鍵設(shè)備，如氧氯化反應(yīng)器、HCl冷卻器和氯乙烯塔等。

醋酸等有機(jī)酸的生產(chǎn)裝置

   雙相不銹鋼在有機(jī)酸中有較好的耐腐蝕性，在醋酸生產(chǎn)中往往加入各種鹽類的觸媒，即使是超級雙相不銹鋼也不耐含F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺氧化性離子的氯化物觸媒的腐蝕，但在用還原性觸媒如MnCl₂、MnAC（醋酸錳）的醋酸中，超級雙相不銹鋼SAF2507卻有好的耐腐蝕性。在生產(chǎn)對苯二甲酸二甲酯時，采用NaBr和MnAc的觸媒，工藝中醋酸也是雙產(chǎn)品（它回收后的濃度可達(dá)90%，125C），使用904L和825合金都不是很理想，超級雙相不銹鋼Zeron100和SAF2507可用作**冷卻器和觸媒再生設(shè)備。

   在甲醛生產(chǎn)介質(zhì)中SAF2507鋼有很好的耐腐蝕性，優(yōu)于904L和含6%Mo的高合金奧氏體不銹鋼，可用作塔器和蒸發(fā)器，使用條件：

   管程：甲醛，微量甲酸，200℃，0.8MPa

   殼程：蒸汽，230℃，0.7MPa

   二氧化氯漂白液筒的典型介質(zhì)條件為pH6～7，70℃， ≥600ppmCl^-，300ppmClO₃^-和20～200ppmClO₂。在此介質(zhì)中UR45N（SAF2205）盡管較316L鋼好，但仍有孔蝕，*好是使用超級雙相不銹鋼UR52N⁺、SAF2507等，可以和含6%Mo的奧氏體不鋼相媲美。

   超級雙相不銹鋼也已在油、氣工業(yè)中使用，如UR52N⁺已用在北海油田的油氣集合管和輸送管線，SAF2507鋼用的阿拉斯加、北海、墨西哥灣等地的油氣井生產(chǎn)，海上采油平臺設(shè)施以及油氣輸送管線等，多用在沒有緩蝕劑的苛刻酸性環(huán)境。

   目前就熱海水用鋼而言，大多數(shù)都是使用25Cr-3Mo型的雙相不銹鋼，當(dāng)然超級雙相不銹鋼有更好的使用效果，例如SAF2507鋼制造的海水熱交換器，殼程是含有少量氟化物的丁烷（入口溫度80℃，出口溫度30℃），管程是海水，工藝溫度可能從40℃升至80℃，鈦管因不耐F^-腐蝕，只能用3個月，SAF2507使用3年后仍未發(fā)現(xiàn)腐蝕。北海采油平臺上的管道系統(tǒng)使用的是Zeron100鋼，海水出口溫度可達(dá)60～65℃，也未發(fā)現(xiàn)腐蝕問題，而使用6%Mo的奧氏體不銹鋼時，在此溫度會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

   近年為解決微生物腐蝕的問題，往往采用次氯酸鹽**，采用間歇式或連續(xù)式使海水氯化。例如，連續(xù)式氯化海水時，殘余氯含量0.1～0.2ppm已足以死微生物。氯化海水的腐蝕性比自然海水苛刻，提高了它的氧化還原電位，使金屬材料對孔蝕和縫隙腐蝕更敏感。SAF2507鋼用在以氯化海水為冷卻介質(zhì)的熱交換器，海水側(cè)出口溫度可達(dá)45～50℃。

能源與環(huán)保工業(yè)

   北美、歐洲和日本等國為減少發(fā)電廠煤的燃燒對大氣造成的污染，防止酸雨，自80年代末期廣泛采用FGD（煙氣脫硫）法脫去燃燒氣體中的硫。FGD裝置中的一些重要部件，如容器、風(fēng)扇（葉片）、攪拌器、泵、閥和離心機(jī)等，要求既能耐氯化物腐蝕，又能耐苛刻的磨粒磨損和泥漿的磨損腐蝕。雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼在某些介質(zhì)條件下能夠滿足耐腐蝕性能和工程經(jīng)濟(jì)性的要求。

   德國RASF兩家電站的FGD廠采用Na₂SO₃的50℃水溶液吸收煙氣中的SO₂，在蒸發(fā)工序的設(shè)備采用了德國的1.4462（00Cr22Ni5Mo3N）雙相不銹鋼，但是要注意控制鹵素離子的含量，Cl^-離子*高值為2000mg/L。該廠的雙相不銹鋼設(shè)備使用3年后情況良好。

   在北美和歐洲普遍采用的另外一種工藝，即石灰/石灰石工藝。該工藝是用石灰或石灰石泥漿洗滌含有SO₂的氣體，由于在洗滌器的某些區(qū)內(nèi)被污染的氣體與溶液的反應(yīng)不完全，有酸的冷凝與氯化物和氟化物結(jié)合，在溫度作用下構(gòu)成非常嚴(yán)苛的腐蝕環(huán)境。當(dāng)然，隨著工藝參數(shù)、燃料種類以及水中氯離子含量的不同，腐蝕環(huán)境的苛刻程度也有所不同，因此，設(shè)備的選材也有差別。

   典型的介質(zhì)條件是：40～80℃，5>pH>3，約0.1%～0.5%氯化物，約500ppm氟化物，如有沉積物生成，條件會更苛刻，而且由于局部的酸化和濃縮現(xiàn)象，pH值可能降至1，甚至是0，而氯化物的濃度增至5%～10%，氟化物的濃度增至1000ppm。

在這樣的條件下，自1986年開始使用超級雙相不銹鋼UR52N⁺（00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN）制造洗滌器和吸收器，還包括其他一些內(nèi)件和襯里等設(shè)備，其中也有使用普通雙相不銹鋼制造離心式風(fēng)扇葉片、煙氣管道的膨脹結(jié)和風(fēng)門、廢水處理的給水物流熱交換器等。