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    超级不锈钢和髙镍耐蚀合金简介

    关键词:

    发布时间:2014-09-10

    超级不锈钢系指超级铁素体不锈钢(高铬量、高钼量,且耐点蚀当量值≥35)、超级奥氏体不锈钢(高铬量、高钼量、高氮量,且耐点蚀当量值≥40)及超级双相不锈钢(耐点蚀当量值≥40)。这三类不锈钢于20世纪60~90年代先后问世,它们的耐腐蚀性能,特别是耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性能远优于原有不锈钢,并填补了长期以来不锈钢(铁基耐蚀合金)与髙镍(铁镍基和镍基)耐蚀合金之间没有高耐蚀性不锈钢的空白。

    髙镍耐蚀合金中的铁镍基耐蚀合金系指Ni≥30%,Ni+Fe≥60%的那些牌号。铁镍基耐蚀合金系在铬镍奥氏体不锈钢的基础上提高镍量于1940年开始工业生产的一些牌号。至今也已经历了半个多世纪的发展历程,牌号不断增加,应用日益广泛,已形成了完整的铁镍基系列耐蚀合金。

    镍基耐蚀合金系指Ni≥50%的那些牌号。自1905年第一个牌号Ni68Cu28(即Monel 400)问世至今已逾百年。其中,1930年出现的Ni-Cr型、Ni-Mo型二元系和Ni-Cr-Mo(W)型三元素以及1940年出现的Ni-Cr-Mo-Cu型四元系耐蚀合金至今也已经历了70~80年的发展历程,根据需求在发展中不断改进和完善,有些牌号至今已经经历了第一代、第二代、第三代等多代且仍在改进中。

    了解超级不锈钢和铁镍基、镍基耐蚀合金的基础知识以及材料的牌号、化学成分、组织和性能特点及其应用等,基于以下考虑。

    第一,纵观铁基耐蚀合金即不锈钢(包括超级不锈钢)、髙镍耐蚀合金(包括铁镍基和镍基耐蚀合金)近百年的发展历程,可以看出:自超级不锈钢面世,不锈钢的进一步延伸,使铁基与铁镍基和镍基耐蚀合金之间自然、紧密地联系在一起,形成了牌号最多、品种齐全、产量最大,性能适应性强,应用范围最为广泛、最完整的耐蚀金属材料体系。

    第二,众所周知,超级奥氏体和超级双相不锈钢已属于Fe-Cr-Ni系合金,而超级铁素体不锈钢除个别牌号外,目前均含有2%~4%的镍,因此,此类不锈钢也进入了Fe-Cr-Ni合金系中,而铁镍基和镍基耐蚀合金中,除Ni-Cu、Ni-Mo两类元系合金外,其他合金均已在Fe-Cr-Ni(或Ni-Cr-Fe)系之列。从图5中便可找到超级不锈钢以及铁镍基和镍基耐蚀合金在Fe-Cr-Ni(或Ni-Cr-Fe)三元系相图中所处的位置和它们的铬、镍、铁元素含量的大致范围。

    图5 Fe-Cr-Ni(或Ni-Cr-Fe)三元合金1000℃快冷后的相图

    第三,超级不锈钢和铁镍基及镍基耐蚀合金在发展和改进过程中,为获得最佳的性能,所研究的内容都主要是材料的化学成分、组织结构和各种性能(成分-组织-性能)之间的关系以及纯净度、均匀性、表面状况等的影响(见图6)。同时目前亟待解决的课题之一也都是如何解决随材料中的铬、钼量和铬、钼、氮量不断增加所引起的材料组件热稳定性的下降和焊后(或热加工、热成型后)塑形、韧性和耐蚀性的劣化问题。

    图6 影响超级不锈钢和铁镍基及镍基耐蚀合金性能和质量的主要因素

    最后,也是最重要的,目前我国已是世界上最大的不锈钢生产国和消费国。但要建成不锈钢工业强国,则任重道远。当前为了实现节能减排,生产和应用高性能、高质量、长寿命周期和低成本的材料已成为不锈钢和高镍耐蚀合金发展的重要方向。面对我国工业化过程中现代工业,例如石油、化工、石化、机械、能源(燃煤、燃油电厂和核电以及陆地、海洋深井和超深井油气田开发等)工业以及环保(如烟气脱硫)、海洋开发(如海水淡化、海洋工程)等领域中,大型装置和关键装备、构件等对高耐蚀性能和高质量的超级不锈钢和高镍耐蚀合金材料实现国产化并研发具有我国自主知识产权的新型超级不锈钢和高镍耐蚀合金材料的需求,了解超级不锈钢和高镍耐蚀合金材料基础并侧重于实用是必要的。

    对超级不锈钢和高镍耐蚀合金生产、使用、研究、设计等领域的从业者,了解国内外超级不锈钢和高镍耐蚀合金的发展过程、现状和最新进展,掌握超级不锈钢和高镍耐蚀合金的基础知识,熟悉各种具体材料牌号的化学成分、组织结构和各种性能特点及其影响因素,是必要的。