超级奥氏体不锈钢的概念是在20世纪80年代与超级铁素体不锈钢、超级双相不锈钢并行产生的,类似于为高合金化镍基合金而使用的镍基超合金概念。超级奥氏体不锈钢一般认为是“钢中耐点蚀当量PREN≥40的那些牌号”的奥氏体不锈钢。
纵观超级奥氏体不锈钢的发展史,可以把超级奥氏体不锈钢分为三代:
(1)20世纪30年代,为解决钢材在硫酸介质中的腐蚀问题,法国和瑞典开发了Uranus B6合金(20Cr-25Ni-4.5Mo-1.5Cu),美国研发了20号合金(20Cr-30Ni-2.5Mo-3.5Cu),70年代后B6合金一般称为904L,904L不锈钢在硫酸和磷酸环境下有着优良的抗全面腐蚀的性能,并具有良好的抗晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀能力,常被应用于硫酸、磷酸等苛刻环境中,现主要应用于海水热交换器、化工成套设备、食品成套设备及石油、核电等苛刻环境中的关键设备,904L不锈钢和20号合金为超级奥氏体不锈钢的发展奠定了基础。
随着石油化工、海水淡化、烟气脱硫等领域的发展,对服役于苛刻环境下的材料的需求日益增多,这促使超级奥氏体不锈钢进一步发展。20世纪50年代瑞典阿维斯塔(Avesta)生产了6Mo钢(16Cr-30Ni-6Mo),是254SMO不锈钢的雏形;60年代优劲公司(Ugine)研制出抗海水腐蚀的NSCD合金,其含Mo>5%。1967年国际镍公司(INCO)对14% ~21%Cr、20% ~40%Ni和6%~12%Mo的合金申请专利,同年美国阿利根尼(Allegheny)生产出AL-6X(20Cr-25Ni-6Mo),它们主要用于海水冷却电厂的薄型冷凝器管,但是对于厚截面材在制作过程中易于产生金属间相沉淀。
在20世纪60年代后期,德国通过添加氮,研制了317LMN,其中含氮0.15%,广泛应用于烟气脱硫、造纸工业。为了提高氮的溶解度可以通过添加锰合金来实现,由此研制出有良好耐腐蚀性能和强度的高合金奥氏体钢Amagaint 974钢,用于无磁潜艇上。并且同期美国Allegheny生产出了主要用于处理不纯有机酸和二氧化氯纸浆漂白的JS700,70年代早期瑞典 Avesta生产出尿素级不锈钢725LN。
(2)20世纪70年代初的氩-氧脱碳精炼(AOD)技术。使得生产能力得到了质的提高,能在抑制有害微量元素的同时又精确地控制合金元素,为制造更高合金化的不锈钢打下了基础。1976年,Avesta发布了新的6Mo不锈钢专利并引入254SMO(20Cr-18Ni-6Mo-0.7Cu-0.2N),由于氮含量提升到0.2%,使合金的奥氏体相更加稳定,金属间相析出延缓,易于制造厚截面产品,这就是第二代的超级奥氏体不锈钢,254SMO标志着6Mo超级奥氏体不锈钢工业化的开始。随后采用氮合金化研发了其他类似牌号,例如70年代由美国 Allegheny为解决海水腐蚀问题而在AL-6X的基础上而生产的AL-6XN、AL-6XN Plus;80年代研发的934LN和UR SB8;德国VDM在904L不锈钢的基础上提高钼含量并加入0.2%N而研发的 Cronifer1925hMo;瑞典在20世纪80年代早期发展的含有20Cr-15Ni-4.5Mo、Mn>8%、0.45%N的钢,该钢的耐蚀性与Avesta 254 SMO钢基本相同,但用于提高氮溶解度的高锰含量导致了精炼过程中的冶金困难,增加了金属间相析出的风险;1988年奥托昆普(Outokumpu)生产出了1.4565;1989年韩国申请的SR50A专利,此类钢具有优异的耐蚀性和远高于常规奥氏体不锈钢的强度水平,它广泛应用于点蚀和缝隙腐蚀环境,如海水、海水淡化、漂白工厂的氯和二氧化氯环境及烟气脱硫中。与此同时,70年代为解决磷酸腐蚀问题Avesta生产出了Sanicro 28,并且在Sanicro 28的基础上研制了SX。德国VDM在1995年研制出33号合金。另外,20世纪80年代Avesta还推出了超耐热奥氏体不锈钢253MA、353MA。
(3)20世纪90年代初期,基于热力学计算数据库的进一步发展与完善,对钢铁冶金成分的设计提供更好的参考,通过热力学计算发现当锰的添加量处于较低水平时,进一步提高合金中铬和钼元素的含量,可以使钢中氮含量水平进一步提高,因此研发出含7%Mo超级奥氏体不锈钢,这是超级奥氏体不锈钢的第三代,典型牌号是1992年Avesta生产的654Mo,较之6Mo钢,铬、钼、氮都有较大幅度的提高,并加入适量的锰,钢中的氮控制在0.5%,使其可以通过常规的AOD精炼手段和连铸进行生产,并不必担心在随后的设备制造中氮从钢中逸出。654SMo是超级奥氏体不锈钢发展史上一个里程碑,在铬、钼和氮的协同作用下使超级奥氏体不锈钢在卤化物环境中具有良好的耐腐蚀性能。其更高含量的氮,在提高钢的耐蚀性、保证钢的可锻性和韧性的同时,并大幅提高钢的强度。因此,654SMo广泛应用于海水脱盐、纸浆漂白、烟气脱硫等对材料耐腐蚀性要求非常苛刻的环境中,并逐步成为了镍基合金和钛合金的代用材料。1994年法国使用钨取代部分钼而研发的B66也属此例。
20世纪90年代日本冶金工业株式会社生产出NAS 254N。2000年美国特种金属公司(SMC)在20世纪60年代生产的IN748基础上降钼、加氮而研发出Incoloy27-7Mo,它改善了普通含钼不锈钢的耐腐蚀性能和力学特性,此钢优异的综合性能与高镍耐蚀合金相比又有价格较低的优势,因而获得了较广泛的应用。与此同时,山特维克公司(Sandvik)还研发出 Sanicro 29、Sanicro 36,2005年德国VDM研制出31号合金,之后研制出合金31 Plus,日本冶金工业株式会社研发出NAS354N、NAS 155N,伯乐(Bohler)研制了 Antinit ASN 7W、Bohler A975、VEW 963,这些都是超级奥氏体不锈钢。
表2-1-4给出了超级奥氏体不锈钢的牌号和化学成分。
和普通18-8型奥氏体不锈钢相比,超级奥氏体不锈钢具有优异的耐蚀性和较好的力学性能。和铁镍基、镍基耐蚀合金相比,超级奥氏体不锈钢在力学性能和耐蚀性能上相当,同时因更少的镍、钼含量而具有较好的价格优势。超级奥氏体不锈钢除了具有优异的耐均匀腐蚀、耐局部腐蚀性能,其高镍和高的铬、钼、氮含量相结合,使得合金还具有较好的抗应力腐蚀开裂性能,在许多情况下其效果还优于双相不锈钢抗应力腐蚀破裂的能力。因为海水的氯离子含量非常高,易导致不锈钢发生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂,但超级奥氏体不锈钢的临界点腐蚀温度和临界缝隙腐蚀温度均非常高,在海水中耐局部腐蚀的能力非常强,因此正逐步成为镍基合金的代用材料,广泛地应用于对耐腐蚀性要求苛刻的环境中,如海水脱盐处理系统、富含氯离子和二氧化氯的纸浆漂白系统(如过滤清洗机及压滤机)、磷肥工业中的氟硅酸反应器、化肥工业中的氯酸盐结晶器、制药工业中的通风系统、脱盐设备、湿法冶金设备、废物处理系统及板式热交换器等。同时,这类材料还可广泛应用于石油化工、核电工业等极端苛刻的服役环境,如图2-1-2所示。
至德钢业,我们根据您的实际需求,给出参考建议,为您提供高性价比的不锈钢管道及配件。