高性能耐热不锈钢板带研究现状

2024-03-31

随着科技的高速发展,越来越多的行业对钢铁材料的性能提出了更高的要求,尤其是在高温下使用的材料。耐热钢广泛应用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。耐热钢的发展与能源、动力机械的进步有着密切的关系。在火力发电、原子能、宇航、航空、石油和化学工业等领域的新技术开发中,耐热钢性能的优劣是其成功与否的关键性环节,因此耐热钢的重要性日益提高。目前,提高民用核电、火力发电、燃气发电及化工石油等工业能源效率的最大瓶颈是金属材料问题,即研制成本低高性能耐热不锈钢。研制新型耐热不锈钢不但是节能减排有效策略之一,而且可缓解镍金属资源逐渐匮乏的困境。

奥氏体耐热钢最早研究始于20世纪30年代,Krupp等人又在18-8型钢的基础上通过降低C含量和添加Ti、V、Nb等元素研发出了稳定化奥氏体钢,获得了碳化物弥散分布的细晶粒钢,使材料在长期服役过程中形成Nb、Ti的碳氮化物[1]M23C6型化合物[2],这些就是Type321和Type347钢的前身,而316型奥氏体钢则是在18-8钢基础上添加3%Mo得到的。这些钢的出现在原有的基础上增加了钢的耐蚀性能[3]。上世纪70年代,由于能源危机的影响,各国在火电用钢方面投入了大量的研究工作,通过在18-8型奥氏体钢的基础上调整稳定化元素(Ti、V、Nb)的研发出了Tempaloy A-1[4]钢和具有细晶组织的热强钢TP347H[5]。上世纪80~90年代,将Cr质量分数提高到25%,在长期服役过程中,Cr元素会向表面扩散,与氧结合形成氧化层,起到良好的抗氧化作用。但是,随着Cr含量的提高,脆性相σ相的析出趋势更加明显。因此,同时提高了Ni含量, 稳定奥氏体组织的同时抑制σ相的析出倾向。因此,25-20型奥氏体耐热钢的抗氧化性能明显提高,并有稳定的奥氏体组织,使用寿命长,有利于适应更恶劣工作条件。该系列钢在800℃-1200℃有着较高的组织稳定性和抗氧化性能,可替代Cr20Ni25、Alloy 800等被广泛用来制造耐热的工业炉用零部件。

从目前的研究和生产水平来看,欧美在耐热钢的研发和生产以及用户的认同度上均处在领先水平,其代表公司有瑞典的Outokumpu、Sandvik,美国的ATI公司,在亚洲日本是耐热钢不锈钢的主要生产国,但其钢种的使用寿命与瑞典相比有一定的差距。

国内耐热不锈钢的研究开发始于本世纪初,东方特钢是最早开始这方面的研究工作单位之一,也是国内能够以商品材供货的单位之一

其最大优势是利用Consteel电炉初炼镍铁合金,其能源消耗较传统电炉都要小很多,该方法打破了现有的纯镍和废钢的原料结构,具有冶炼周期短,原料成本和工序能耗都较低的优点。利用该方法配合氩氧精炼,即可制造成本较低的高附加值的产品成为现实