超級不銹鋼

超級不銹鋼是一種特種的不銹鋼，首先在化學成分上與普通不銹鋼304不同，是指含高鎳，高鉻，高鉬的一種

高合金不銹鋼。其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上，與304相比，具有更加優(yōu)秀的耐高溫或者耐腐蝕性能，是

304不可取代的。另外，從不銹鋼的分類上，特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。

基本介紹

由于該種特種不銹鋼是一種高合金的材料，所以在制造工藝上相當復雜，人們一般只能依靠傳統(tǒng)工藝來制造

這種特種不銹鋼，如灌注，鍛造，壓延等等。

應用領(lǐng)域

1、海洋：海域環(huán)境的海洋構(gòu)造物，海水淡化，海水養(yǎng)殖，海水熱交換等。

2、環(huán)保領(lǐng)域：火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置，廢水處理等。

3、能源領(lǐng)域：原子能發(fā)電，煤炭的綜合利用，海潮發(fā)電等。

4、石油化工領(lǐng)域：煉油，化學化工設(shè)備等。

5、食品領(lǐng)域：制鹽，醬油釀造等。

超級不銹鋼按照含鉻量的不同，可以分為超級馬氏體不銹鋼和超級奧氏體不銹鋼兩類

超級馬氏體不銹鋼

顯微組織

超級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度和韌

性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理條件的差異，一些牌號的超級馬氏體不銹鋼基體顯微組織中可能會出現(xiàn)10%

～40%的細小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16%等級的超級馬氏體不銹鋼，顯微組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素

體。為了獲得理想的細晶粒回火馬氏體，在鋼板交貨之前一般都經(jīng)過淬火加回火處理。

機械性能

超級馬氏體不銹鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強度高和低溫韌性好的特點。典型的機械

性如下：

延伸率大于12%

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。以往，這類不銹鋼

的用途嚴格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過冶煉工藝的不斷改進，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（最高含量達6.5%）和鉬（最高含量2.5%），從而開發(fā)出了超級馬氏體不銹鋼。這

種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級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。

超級馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護金屬極電弧焊（GMAW或SMAW），

氣體保護鎢電弧焊（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。

耐蝕性能

超級馬氏體不銹鋼由于含碳量低，相當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）。這種超13Cr不銹鋼已成功地應用于北海地區(qū)的Gullfaks油

田和Asgard油田。

應用前景

超級馬氏體不銹鋼除具有傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼的特點，可以應用于泵、壓縮機、閥門及其它機加工用途外，超

級馬氏體不銹鋼的海洋用管也開發(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)施進行現(xiàn)代化改

造，包括對30個球罐進行大修和對所有輸送管道的更換，新選用的材料全部是超級馬氏體13Cr不銹鋼。

阿曼的液態(tài)天然氣工程需要鋪設(shè)幾十公里長的輸送管線，也采用的是超級馬氏體不銹鋼。

此外，超級馬氏體不銹鋼在水力發(fā)電、采礦設(shè)備、化工設(shè)備、食品工業(yè)、交通運輸及高溫紙漿生產(chǎn)設(shè)備等也

極具應用潛力。

經(jīng)濟性

在超級馬氏體不銹鋼取得成功之前，對許多應用不銹鋼的領(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。之后，人們越來越多

地用超級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。

首先，在重量相等、耐腐蝕性相當?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%?？傆嬒聛恚?3Cr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)上的應用。

超級奧氏體

發(fā)展歷史

超級奧氏體不銹鋼的概念是與超級鐵素體不銹鋼及超級雙相不銹鋼一起出現(xiàn)的。典型的例子為含6%鉬和7%

鉬的超級奧氏體不銹鋼。這些鋼種都是針對一些工況條件苛刻的工業(yè)，如石化，化工，造紙和海上系統(tǒng)等等

而開發(fā)出來的。

奧氏體不銹鋼管中著名的牌號有18-8（日常18-10 或 19-9）型的304不銹鋼（中國為00Cr19Ni10)和18-12-

2的316（0Cr17Ni12Mo2)。為了解決奧氏體不銹鋼焊后因鉻碳化物析出所導致的鉻貧化而引起的晶間腐蝕

敏感性，早期是加入碳化物穩(wěn)定化元素鈦和鈮，20世紀60年代后期，AOD和VOD等爐外精煉工藝技術(shù)的問

世，降低了鋼中碳量到≤0.03%，解決了奧氏體不銹鋼敏化態(tài)（焊后）晶間腐蝕的敏感性，提高了鋼中的純凈

度，也解決了鋼的固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性。因此，自20世紀80年代以來，所開發(fā)的新奧氏體不銹鋼基本上

都是超低碳型的。

為了適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中的耐苛刻介質(zhì)全面腐蝕的需求，在304、316等不銹鋼管基礎(chǔ)上提高鋼的鉻、鎳、鉬

含量，以及加入銅、硅等元素或降低雜質(zhì)元素的殘余量，又發(fā)展了許多高合金的新牌號，例如含約4.5%Mo的

317LM（00Cr18Ni16Mo5)和904L不銹鋼（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）以及尿素級、硝酸級、核級、食品級等

類型的奧氏體不銹鋼管。根據(jù)1962～1997年間對不銹鋼管大量腐蝕破壞形態(tài)的統(tǒng)計，可以看出，1962～

1971年間全面腐蝕和晶間腐蝕已大量減少，而1962年起到1997年，應力腐蝕、點腐蝕、間隙腐蝕以及腐蝕

疲勞等局部腐蝕在腐蝕破壞中仍占有相對高的比例。其中點蝕和縫隙腐蝕仍占20%以上，應力腐蝕和腐蝕疲

勞仍占10%以上。通過研究，人們已經(jīng)了解到提高奧氏體不銹鋼管中的鎳量可以顯著提高鋼的耐應力腐蝕性

能，提高鉻、鉬量可以顯著提高鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕的性能，而剛的應力腐蝕和腐蝕疲勞通常都是有點

蝕和縫隙腐蝕為起源，因此，人們開始關(guān)注耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)良的高合金奧氏體不銹鋼的研制。

1970年起，氮作為重要的合金元素在不銹鋼管中的廣泛應用，使得不銹鋼管的發(fā)展進入了一個新的階段，氮

在奧氏體不銹鋼中的應用也為超級奧氏體不銹鋼的誕生創(chuàng)造了條件。超級奧氏體不銹鋼管的發(fā)展來自許多途

徑。例如，在已有的AL-6X（00Cr21Ni24Mo6)基礎(chǔ)上加入了氮，產(chǎn)生了AL-6XN（00Cr21Ni24Mo6N),在

高鉬的904L不銹鋼管基礎(chǔ)上將鉬含量提高到約6%并加入氮。

特性

由于超級奧氏體不銹鋼是屬于高鎳高鉬而且含有銅、氮的奧氏體不銹鋼，是比較難熔煉的鋼種，易偏析、開

裂等，因此超級奧氏體不銹鋼是不銹鋼中生產(chǎn)工藝要求最高、難度最大的品種，它是鋼廠工藝技術(shù)的集中體

現(xiàn)。與其他常用的Cr-Ni奧氏體鋼一樣，超級奧氏體不銹鋼具有良好的冷，熱加工性能。

1、熱鍛時最高加熱溫度可達1180攝氏度，最低停鍛溫度不小于900攝氏度。

2、熱成型可在1000—1150攝氏度進行。

3、熱處理工藝為1100—1150攝氏度，加熱后快冷。

4、雖可采用通用的焊接工藝進行焊接，但是最恰當?shù)暮附臃椒ㄊ鞘止る娀『负玩u極氬弧焊。

由于904L、254SMO超級奧氏體不銹鋼具有很強的抗點蝕、縫隙腐蝕、氯離子應力腐蝕和抗晶間腐蝕能力尤

其對硫酸根離子、氯離子等酸根離子有很好的耐腐蝕性，可以使用在極其惡劣的工作環(huán)境下，因此超級奧氏

體不銹鋼的應用越來越廣泛。

應用領(lǐng)域

1、石油、石化設(shè)備，如石化設(shè)備中的波紋管。

2、紙漿、造紙漂白設(shè)備，如紙漿蒸煮器、漂白設(shè)備。

3、發(fā)電廠煙氣脫硫裝置，主要使用部位有：吸收塔的塔體、煙道、檔門板、內(nèi)件、噴淋系統(tǒng)等。

4、海上系統(tǒng)或海水處理，如電廠中用海水冷卻的薄壁冷凝管道、海水淡化處理設(shè)備。

5、鹽工業(yè)，如制鹽或除鹽設(shè)備。

6、熱交換器，尤其在有氯離子工作環(huán)境中的熱交換器。