國內外雙相不銹鋼的應用進展

□張文毓　□侯世忠中國船舶重工集團公司 第七二五研究所　河南洛陽　471023

國內外雙相不銹鋼的應用進展

□張文毓□侯世忠
中國船舶重工集團公司 第七二五研究所河南洛陽471023

雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的強度高一倍，所以使用雙相不銹鋼可以減輕質量、減少用量。目前，主要應用領域有船舶海水淡化裝置、船用雙相不銹鋼板、船用鍛件、軋制管材和鑄件、運輸業、建筑結構、深海油田、能源與環保工業、熱交換器、紙漿和造紙工業、石油化學和化肥工業、食品和輕工工業、煉油工業等。可以預料，雙相不銹鋼的使用比例在今后會進一步擴大，雙相不銹鋼的發展有著光明的前景。從雙相不銹鋼的概況、應用情況、發展建議幾方面進行了綜述，提供了對國內外雙相不銹鋼最新的應用進展情況。

雙相不銹鋼系指在鋼的固溶組織中鐵素體和奧氏體相約各占一半，一般最少相的含量也需要達到30%，并簡稱為α+γ雙相不銹鋼。與鐵素體不銹鋼相比，α+γ雙相不銹鋼具有脆性轉變溫度低以及耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高的特性。將奧氏體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物的應力腐蝕性能結合在一起，且保留了鐵素體不銹鋼熱導率高、線膨脹系數小和塑性好等特點。雙相不銹鋼的使用范圍越來越廣泛，傳統上是利用其優越的耐局部腐蝕性尤其是耐應力腐蝕性能作為耐蝕材料的應用。近年來又從其強度著眼，出現了作為現代新型結構材料的應用，值得重視。

1　雙相不銹鋼概況

雙相不銹鋼根據成分特點可以分為兩類，一類是Cr-Ni系雙相不銹鋼，主要特點是含有較高的鉻和較低的鎳；另一類是Cr-Mn-N雙相不銹鋼，其成分特點是含鎳量低，且含有較高的氮成分（質量分數），見表1。

表1　兩類雙相不銹鋼的化學成分/wt%

在眾多的雙相鋼牌號中，目前工程上應用最多的有兩種，即S31803/SAF2205和S32750/SAF2507。

近年來，國外雙相不銹鋼的產量在增長，大致占不銹鋼總產量的1%～2%。中國的雙相不銹鋼產量也有較大的增長，2008年國內雙相不銹鋼的粗鋼產量為16 867 t。

隨著先進工藝裝備的投產，中國雙相不銹鋼的規格品種也有了長足的進步。例如太鋼的設備已可生產3 000 mm寬的中厚板、2 000 mm的熱軋卷板和0.6 mm×1 500 mm的冷軋卷板。寶鋼可生產4 000 mm寬的中厚板和1 600 mm的熱軋卷板。

在雙相不銹鋼冶煉工藝技術方面也有很大的進展。太鋼用AOD（氬氧脫碳工藝）爐冶煉含氮不銹鋼，建立了氮合金化工藝模型，能夠精確控制成品中的氮含量達±0.013 5%。另外，能夠將成品中P、S含量控制在較低水平，為提高系列雙相不銹鋼產品的性能，尤其是含高氮雙相不銹鋼的性能提供了保證。

雙相不銹鋼的優勢之一在于其優越的耐腐蝕性能，尤其是耐局部腐蝕性能，在鎳價波動變化較大時，開發節鎳經濟型鋼種，成為重點推廣的產品，同時，由于它的高性價比，開發高牌號的鋼種也已成為重要的發展方向之一。雙相不銹鋼的另一優勢即具有相當于奧氏體不銹鋼兩倍的強度和良好的韌性，這恰恰成為近年來國外雙相不銹鋼的發展目標，它不僅可以用于傳統的造紙和化工等加工領域中，而且利用它的高強度和良好的抗疲勞性能，也可以用于重要的公用工程，如橋梁和公路建設等［1］。

2　雙相不銹鋼應用

雙相不銹鋼比普通不銹鋼的強度要高，雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的強度高一倍，所以使用雙相不銹鋼可以減輕質量、減少用量。在國外，結構領域中擴大雙相不銹鋼的使用已經成為一個亮點，特別是在橋梁和大的容器如造船和快艇等方面的應用。中國是發展中國家，有許多正在進行和潛在的建設項目及工業項目，所以在抗腐蝕的結構材料方面推廣使用雙相不銹鋼具有重要的實際意義。目前，國際上雙相不銹鋼廣泛應用于石油化工、運輸、紙漿和造紙、建筑等幾大領域（見表2）。國內由于起步較晚，在研究、生產和應用中相對落后。

2.1船舶海水淡化裝置

芬蘭的歐托昆普（Outokumpu）公司和瑞典的阿維斯塔（Avcsta）公司的Jan Olsson和Malin Snis提出了一種新型的不銹鋼，可應用于膜法和蒸餾法的海水淡化裝置中。這種雙相不銹鋼已經成功地運用在世界各地的海水淡化裝置中，更多高級合金不銹鋼將會是多級閃蒸（MSF）和多效低溫（MED）裝置不二的選擇［2］。

2.2船用雙相不銹鋼板

首制船用雙相不銹鋼是由法國阿塞洛公司（Areclor Group，France）供貨的，2003年續建第二艘同型船，所需1 200 t雙相不銹鋼則改由瑞典阿維斯塔公司供貨，該廠還將續建6艘同型船。我國有電弧爐和中厚板軋機的合金鋼企業，如山西太鋼集團、上海寶鋼集團浦鋼公司等，它們也能供應船用雙相不銹鋼板。

高速水翼船的水翼，強度要求高，又長期浸泡在海水中，且有空泡腐蝕，雙相不銹鋼板是制造這類大型水翼的理想材料。

2.3船用鍛件、軋制管材和鑄件

雙相不銹鋼鍛件和管材適用于要求耐腐蝕的高強度船體零件，包括船體、機械、受壓容器和管系。具體適用于建造船體結構（如管系、舵軸、舵柱、舵梢以及首尾柱等）和傳動軸系與機械結構（如尾軸、中間軸、齒輪、齒輪軸、連桿、尾管軸、套管軸、連軸器和螺旋槳軸等）；當使用溫度適合時，還可用于渦輪機零件（如主軸、整體轉子、葉輪、葉片和渦輪機驅動的電子轉子以及空壓機轉子）等。

表2　雙相不銹鋼的主要應用領域及相關的裝置設備

近年來，國外已開始研制和應用耐海水腐蝕的HDR雙相不銹鋼作為海水管系材料，國內對雙相不銹鋼的研究應用也已起步，船用鑄件有海水蝶閥、船用螺旋槳［3］。

2.4運輸業

化學品船的波壁狀液貨艙也是利用雙相不銹鋼的典范之一。2007年太鋼首次將國產2205雙相不銹鋼提供于川東造船廠制造9 000 t級（使用2205雙相不銹鋼約600 t）、5 500 t級及3 750 t級化學品船的液貨艙，至今已供16艘船用中板，并仍在陸續簽訂供貨合同。

2.5建筑結構

近年來，世界上約有十余座橋梁采用了雙相不銹鋼，多數是步行橋。如英國的York橋和瑞典A-parte橋都采用2205鋼。意大利的Rffolo橋用了經濟型2101鋼。雙相不銹鋼也開始用于公路橋，尤其是那些對氯化物誘導腐蝕敏感的結構，如紐約的Brooklyn大橋，用了Alloy 2205鋼筋，該鋼的高強度和較高的伸長率賦予了它優良的抗疲勞性能，壽命比普通鋼筋高2倍以上。

我國香港的昂船洲大橋，使用約2 000 t的2205鋼板制造橋塔的上部外表面結構，預計壽命可達120年，免于維修。香港至深圳跨海灣長3.2 km的高速公路通道大轎，約有1 250 t的2205和316用作高速路鋼筋。

西班牙巴塞羅那使用了500 t、4 mm厚的2101鋼建造了面粉儲倉。美國將亞光表面加工的AL2003薄板，約1 500 t用于建造世界上最大的不銹鋼屋頂（卡塔爾多哈國際機場屋頂），印度由Outokumpu公司提供的200 t表面電解拋光2101雙相不銹鋼板，制成φ25 mm、φ38 mm、φ50 mm 3種規格20 km長的焊管，用于孟買街道過街天橋的扶手。

2.6深海油田

深海管道纜首選材料應是超級和特超級雙相不銹鋼，但是由于價格和制造方面的問題，又開發出了鍍鋅的19D雙相不銹鋼（ZCLDSS），其管道纜的設計壽命為20年，目前已在推廣應用。另外，經濟型低鎳AL2003鋼于2006年應用于東馬來西亞油田深度超過1 200 m的海底輸油管線，還有加銅的Ferralium225一SD50雙相不銹鋼已成為7 000 m深海底放置設備和電纜的容器材料，而且被開發用作極精確的海底定位儀和可控深海聲學釋放應答器的壓力外殼和承載部件 （7 000 m海深相當700大氣壓，約70 MPa）。瑞典 Sandvik新開發的 SAF2906和SAF3207特超級雙相不銹鋼更具有超高強度和耐蝕性。

2.7能源與環保工業

煙氣脫硫（FGD）系統是用來消除燃煤電廠煙氣中的SO2，以減少向大氣中排放的數量，防止酸雨。加拿大Coleson Cove電廠是北美第—個在吸收塔的頂部采用360 t 2205雙相不銹鋼的。中國大多數是燃煤電廠，大量的FGD系統上馬，必將開辟雙相不銹鋼新的市場。

2.8雙相不銹鋼在熱交換器中的應用

如加氫脫硫廠的水/介質熱交換器、油田和油井口的輸送管道、生產純堿用海水熱交換器、盤管式熱交換器、列管式熱交換器、煉油廠海水熱交換器等。

2.9紙漿和造紙工業

紙漿和造紙工業是最早使用雙相不銹鋼的加工工業，許多鋼種都是根據這些工業的需要而發展起來的。在紙漿和造紙業領域，國內的硫酸鹽蒸煮法仍多采用低碳鋼制造的蒸煮鍋，而國外早已普及使用雙相不銹鋼的蒸煮和漂白等設備，目前國內也有引進，但數量極少。此時，既耐腐蝕、強度又高的雙相不銹鋼就成了較理想的選擇。

2.10石油化學和化肥工業

1972年瑞典的醫藥工業為了解決蒸餾塔中的應力、腐蝕、破裂問題，采用3RE60型雙相不銹鋼制造了兩臺蒸餾塔（當時2205還處在發展階段）。雙相不銹鋼的高強度特點在制造各種儲槽、運輸罐和反應釜器時，能更好地體現出來。雙相不銹鋼在尿素和磷肥工業中的應用在近幾年中也得到了很大的發展，據統計，化肥生產設備中的一個冷凝器，如用雙相不銹鋼制造，費用可降低到1/3左右，可見雙相不銹鋼在節省投資方面有著很大的優勢。

2.11食品和輕工工業

食品和飲料生產裝置中含氯離子水的換熱設備使用較多，在這樣的環境里，加工設備很容易出現應力腐蝕破裂。啤酒廠的熱水槽和加熱器，因介質溫度在100℃左右，同時又含有約0.01%的氯離子。在這類設備中，20世紀70年代初期用3RE60型雙相不銹鋼，20世紀80年代初以2205為主，22%鉻型雙相不銹鋼來代替，20世紀 90年代初又開始用SAF2304型雙相不銹鋼。在選用不同雙相不銹鋼時，以SAF2304最為便宜，而2205可用于氯離子濃度大于0.05%的溶液中。

2.12煉油工業

煉油工業是最早使用國產雙相不銹鋼的部門，在南京、鎮海、天津、濟南等煉化公司，多集中用在常減壓蒸餾塔的塔頂襯里（或復合板）、塔內構件、空冷器和水冷器等，最長的已使用20年。鎮海煉化公司是我國最大的煉油基地，年加工能力為1 600萬t，冷凝冷卻系統中多套設備使用雙相不銹鋼。

近期，針對特殊用途開發的用于Stamicarbon尿素汽提塔的含29%Cr、0.4%Ni的新鋼種。為處理氯化物食品槽，日本也開發了含更高2%W的NAR. DP.3W鋼，以及更好的抗蝕性、更高的力學性能及成型性和焊接性的DP28WTM鋼。

利用雙相不銹鋼的高屈服強度將其作為結構件，用在油氣井的儀表管路、上鉆井架的張拉系統、潛水器、錨的支撐板、海上或陸上運輸的駁船和槽車等設備上，可以開拓出雙相不銹鋼值得重視的新用途。同時雙相不銹鋼在環保節能等方面將有更大的應用前景。

綜上所述，國內雙相不銹鋼在紙漿和造紙工業、油氣工業、運輸業、甚至建筑業幾個大的領域涉及得不多，有的還只是剛剛開始。根據國情，利用雙相不銹鋼的性能優勢，今后除繼續擴大在化工和石化等領域的應用外，結合紙漿和造紙工業的技術改造需要，開發在這一領域中的應用；至于油氣管線目前很難推廣，雙相不銹鋼的價格太高了，但是制造有關油氣田需要的耐氯離子和硫化氫的裝置，像集氣管線和換熱設備等還是可以采用雙相不銹鋼，甚至超級雙相不銹鋼。海上運輸業的發展，化學品船制造業方興未艾，需要大量大張的鋼板，這一缺口有待填平補齊。至于在建筑業方面的應用，至今還完全未涉及，其實濱海的城市雕塑景觀和開發2304鋼用于民用熱水器方面完全可代替304和316奧氏體不銹鋼。

3　發展建議

近年來，隨著Ni價的不斷上漲和大幅波動，雙相不銹鋼呈現出兩頭發展的趨勢。其一，充分發揮雙相不銹鋼資源節約的優勢，發展以2101等經濟型雙相不銹鋼，其發展方向為代替傳統的300系列奧氏體不銹鋼，其設計思想以Mn、N元素代替Ni、Mo等貴金屬。其二，充分發揮雙相不銹鋼高強度、良好耐腐蝕性能的特點，發展以2507和2906為代表的超級雙相不銹鋼，以部分代替超級奧氏體不銹鋼904L、254Mo等［5］。

新型稀土雙相不銹鋼SG52已取得較大進展，該鋼以稀土改性，并以氮代鎳，經濟有效，在冶金和石化等行業具有廣闊的生產與應用前景。為促進我國雙相不銹鋼的發展，建議如下。

①利用多種宣傳手段，加大宣傳力度。

②重點發展需要量大、用途廣、工藝較成熟的牌號，例如2205、2304等常規鋼號。積極推廣經濟型不銹鋼，如2101鋼的生產和應用。進一步研發生產特超級雙相不銹鋼，滿足更高耐蝕性、更高強度、更高溫度應用的需求。在用途上，除繼續發展在水處理工業、石化、制鹽、化學品船等領域的用途外，還需要擴大在油氣、環保、海水淡化、海洋工程、建筑結構，以及制造業的換熱器、容器、儲罐等工業用途的發展，開發潛在巨大的民用市場。

③當前國內主要產品是采用4輥軋機單張生產的中厚板，為提高效率，多用連軋和爐卷軋機生產熱軋卷板（剪切板）。擴大應用的關鍵需加快試制和供應薄規格的冷軋雙相不銹鋼卷板，還應加速生產和開發管材、長材，以及鑄、鍛件、焊材等配套產品。

④為適應雙相不銹鋼日漸廣泛的推廣應用，國內應加強對雙相不銹鋼焊接技術的普及和配套焊接材料的研制。

⑤組織生產企業與使用單位上下游結合及產學研的聯合攻關，加強國內外技術的交流，推進雙相不銹鋼生產技術的發展。

4　結束語

從雙相不銹鋼國內外發展情況可以看出，雙相不銹鋼是一種資源節約型的高性能的不銹鋼產品，它的生產和應用符合不銹鋼未來發展的方向。同時，雙相不銹鋼又是一種高技術、高附加值的產品，它的開發和生產不僅體現了不銹鋼生產企業的技術水平，同時也可為企業創造更多的經濟效益?？梢灶A料，雙相不銹鋼的使用比例在今后會進一步擴大，雙相不銹鋼的發展有著光明的前景。

［1］吳玖，劉爾華.國內外雙相不銹鋼材料和應用的發展［J］.不銹，2010（1）：1-8.

［2］ 李杭宇，王曉娟，宋保維.船舶海水淡化裝置的研究現狀與發展［J］，船舶工程，2008，30（3）：1-4.

［3］ 陳國虞，周金鴻.高速船用高強度雙相不銹鋼［J］.熱處理，2006（4）：12-6.

［4］ 何天榮.雙相不銹鋼及其特殊性能與應用［J］.南方金屬，2005（1）：1-3.

［5］ 武英杰，申鵬，顏海濤.雙相不銹鋼的國內外研究進展［J］.科技創新導報，2010（28）：41.

Duplex stainless steel has double strength compared with austenitic stainless steel，so the use of duplex stainless steel can reduce its weight and volume.Currently，the main application areas are sea water desalting plant in marine，marine type duplex stainless steel，marine forgings，rolled pipes and castings，transportation，building structure，deepwater oil field，energy and environmental protection industry，heat exchangers，pulp and paper industry，petrochemistry and fertilizer industry，food and light industry，petroleum refining industry etc.It is expected that the proportion of duplexstainless steel in use will be further expanded in the future；the development of duplex stainless steel has a bright future.With a summary of several aspects involving the general situation of duplex stainless steel，its applications and development proposals，we hope to provide a understanding on the latest progress of duplexstainless steel applications both at home and abroad.

雙相不銹鋼；應用；進展

Duplex Stainless Steel；Application；Progress

TG142

B

1672-0555（2015）03-062-05

2015年5月

張文毓（1968年-），女，高級工程師，主要從事情報研究工作