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高性能耐熱不銹鋼板帶研究現狀

2024-03-31

隨著科技的高速發展,越來越多的行業對鋼鐵材料的性能提出了更高的要求,尤其是在高溫下使用的材料。耐熱鋼廣泛應用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。耐熱鋼的發展與能源、動力機械的進步有著密切的關系。在火力發電、原子能、宇航、航空、石油和化學工業等領域的新技術開發中,耐熱鋼性能的優劣是其成功與否的關鍵性環節,因此耐熱鋼的重要性日益提高。目前,提高民用核電、火力發電、燃氣發電及化工石油等工業能源效率的最大瓶頸是金屬材料問題,即研制成本低高性能耐熱不銹鋼。研制新型耐熱不銹鋼不但是節能減排有效策略之一,而且可緩解鎳金屬資源逐漸匱乏的困境。

奧氏體耐熱鋼最早研究始于20世紀30年代,Krupp等人又在18-8型鋼的基礎上通過降低C含量和添加Ti、V、Nb等元素研發出了穩定化奧氏體鋼,獲得了碳化物彌散分布的細晶粒鋼,使材料在長期服役過程中形成Nb、Ti的碳氮化物[1]M23C6型化合物[2],這些就是Type321和Type347鋼的前身,而316型奧氏體鋼則是在18-8鋼基礎上添加3%Mo得到的。這些鋼的出現在原有的基礎上增加了鋼的耐蝕性能[3]。上世紀70年代,由于能源危機的影響,各國在火電用鋼方面投入了大量的研究工作,通過在18-8型奧氏體鋼的基礎上調整穩定化元素(Ti、V、Nb)的研發出了Tempaloy A-1[4]鋼和具有細晶組織的熱強鋼TP347H[5]。上世紀80~90年代,將Cr質量分數提高到25%,在長期服役過程中,Cr元素會向表面擴散,與氧結合形成氧化層,起到良好的抗氧化作用。但是,隨著Cr含量的提高,脆性相σ相的析出趨勢更加明顯。因此,同時提高了Ni含量, 穩定奧氏體組織的同時抑制σ相的析出傾向。因此,25-20型奧氏體耐熱鋼的抗氧化性能明顯提高,并有穩定的奧氏體組織,使用壽命長,有利于適應更惡劣工作條件。該系列鋼在800℃-1200℃有著較高的組織穩定性和抗氧化性能,可替代Cr20Ni25、Alloy 800等被廣泛用來制造耐熱的工業爐用零部件。

從目前的研究和生產水平來看,歐美在耐熱鋼的研發和生產以及用戶的認同度上均處在領先水平,其代表公司有瑞典的Outokumpu、Sandvik,美國的ATI公司,在亞洲日本是耐熱鋼不銹鋼的主要生產國,但其鋼種的使用壽命與瑞典相比有一定的差距。

國內耐熱不銹鋼的研究開發始于本世紀初,東方特鋼是最早開始這方面的研究工作單位之一,也是國內能夠以商品材供貨的單位之一

其最大優勢是利用Consteel電爐初煉鎳鐵合金,其能源消耗較傳統電爐都要小很多,該方法打破了現有的純鎳和廢鋼的原料結構,具有冶煉周期短,原料成本和工序能耗都較低的優點。利用該方法配合氬氧精煉,即可制造成本較低的高附加值的產品成為現實

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