“超級(jí)”牌號(hào)不銹鋼的化學(xué)成分，%

超級(jí)雙相不銹鋼型，含高鉬和氮，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)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(jí)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(shí)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(lái)，各國(guó)不銹鋼生產(chǎn)廠在開(kāi)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(hào)的超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)晶粒回火馬氏體，在鋼板交貨之前一般都經(jīng)過(guò)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(guò)程，避免在這些加工過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的*終化學(xué)成分帶來(lái)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(duì)不同的13Cr材質(zhì)的零件，特別是對(duì)它上面的焊縫，比利時(shí)焊接研究所（位于根特市）完成了大量的試驗(yàn)。

   通過(guò)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(shí)，對(duì)鍛造溫度和鍛造力都沒(méi)有特別的要求。即使鍛造溫度偏低，同樣能得到無(wú)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(guò)程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。在過(guò)去，這類鋼的用途嚴(yán)格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過(guò)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(kāi)發(fā)出了超馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過(guò)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(guò)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(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。

   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(jià)錢貴很多，因此，人們正在努力開(kāi)發(fā)與超馬氏體不銹鋼相匹配的焊線，用來(lái)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(duì)某些馬氏體不銹鋼牌號(hào)（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(shí)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(shí)，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(zhǎng)大，從而導(dǎo)致韌性的顯著降低。當(dāng)然，對(duì)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(jí)細(xì)化為ASTM5級(jí)或6級(jí)。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(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(kāi)發(fā)了不同牌號(hào)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(méi)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(gè)油田的環(huán)境條件。阿維斯塔.謝菲爾德公司開(kāi)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(shuō)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(hào)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(guò)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(guò)降低含量（*高碳含理為0.07%），增加鎳含量（3.5%～4.5%），開(kāi)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(guò)人們不懈的努力，碳含量進(jìn)一步降低，同時(shí)合金成分經(jīng)過(guò)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(gè)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(kāi)發(fā)成功，滿足了海上石油天然氣公司對(duì)工藝用無(wú)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(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馬氏體13Cr不銹鋼。

   阿曼國(guó)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(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?，F(xiàn)在，人們?cè)絹?lái)越多地用超馬氏體不銹鋼來(lái)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)那疤嵯拢捎贸?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(lái)，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。

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(shí)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)雙相不銹鋼SAF2507卻有好的耐腐蝕性。在生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸二甲酯時(shí)，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(jí)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(jí)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(jí)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(tái)設(shè)施以及油氣輸送管線等，多用在沒(méi)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(jí)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(gè)月，SAF2507使用3年后仍未發(fā)現(xiàn)腐蝕。北海采油平臺(tái)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(wèn)題，而使用6%Mo的奧氏體不銹鋼時(shí)，在此溫度會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

   近年為解決微生物腐蝕的問(wèn)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(shí)，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(duì)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(guó)為減少發(fā)電廠煤的燃燒對(duì)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(jí)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(guó)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(guó)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(huì)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(kāi)始使用超級(jí)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。