不锈钢管研发最新进展

对不锈钢管的近期工业发展进行了评价。对于奥氏体不锈钢管，合金发展有两个强势方向。 低镍奥氏体不锈钢管和高氮奥氏体不锈钢管。尽管这两种合金的设计目标不同，尤其是在强度方面，但合金开发的原理和科学研究方法非常相似，都集中在合金元素氮对强度和塑性的积极作用上。和耐腐蚀性。人们现在已经很清楚氮对固溶强化、晶界强化和加工硬化的影响，以及如何充分利用这些影响开发全球市场所需的材料。在耐腐蚀性方面，铁素体、奥氏体和双相不锈钢管相互竞争，越来越多的实验室数据可用于耐腐蚀性比较。然而，对于实际应用和合金选择，仅靠实验室数据是不够的，因此本文介绍了多年来暴露在室外海洋大气中的24 种工业不锈钢管的最新耐腐蚀性研究。预计在不久的将来，制造商提供的更多钢种将被纳入这项耐腐蚀性研究。这不仅有助于消费者合理选择合金，而且有助于钢铁生产商开发合适的牌号。

碳氮奥氏体不锈钢管的力学性能

奥氏体不锈钢管的发展及相应的材料合理选择，即：这种钢的力学性能如何？说到机械性能，通常只针对钢铁生产商、中间商和用户。注意三个指标：屈服强度、抗拉强度和伸长率。图1 显示了工业生产的奥氏体不锈钢管的相对机械性能。

因为这些数据经常出现在产品目录和参考书中，所以它们被认为是对钢材等级的准确描述。但是，即使在完全再结晶状态下，化学成分相同的钢的力学性能也有很大差异，从如图2~7可以看出。

由于图2 中的合金是由Ti 稳定的，因此钢中没有多少固溶碳或氮。因此，纵轴R 0 (180 M Pa)和Ru (510 MPa)与屈服强度线和抗拉强度线的交点分别对应于没有间隙原子的屈服强度和抗拉强度。与其他高间隙原子含量的钢相比（见如图3 [1]），可以看出该钢的屈服强度和抗拉强度要高得多，分别为530 MPa。和930 兆帕。

至此，我们可以得出非常明确的结论，即：奥氏体不锈钢管的屈服强度、抗拉强度和延伸率高度依赖于晶粒尺寸和固溶间隙原子含量。因此，在合金开发过程中，必须仔细考虑这两个方面和单个方面的综合作用，才能获得具有特定力学性能的材料。如果考虑到合金成本和耐腐蚀性能而设计或选用特定的不锈钢管，则合金成分无法调整，此时可通过调整晶粒度来调整力学性能。下面通过大量新工业化生产的奥氏体不锈钢管来说明这一点。

从图4可以看出，根据晶粒尺寸的不同，1.3820钢在完全再结晶状态下的屈服强度在400 M Pa500 M Pa之间，抗拉强度在8001,000 MPa之间变化。

随着（C+N）含量的降低，起点（与强度轴的交点）与屈服强度线和抗拉强度线的斜率显着降低。图5、6 和7 分别显示了两种广泛使用的低镍奥氏体不锈钢管和一种最近开发的新钢，其强度远低于高氮钢（图3 和4）。

由以上对比可知，镍含量和铬含量对力学性能和晶界强化效果的影响与(C+N)含量相比，可以忽略不计。

(C+N)含量对固溶强化的影响

除上述合金外，许多其他奥氏体不锈钢管的合金成分对固溶强化和晶界强化的影响正在研究中，结果见如图8和图9 . 尽管有一定程度的分散， 趋势很明显。即可以看出，填隙元素（C+N）的含量对固溶强化和晶界强化有决定性的影响。

固溶强化结果见如图8。图中的点代表合金的屈服强度外推到粒子的无限状态。空心圆点代表过去十年测试过的合金，实线代表最新经过工业测试的低镍奥氏体不锈钢管。当面心立方合金外推到无限晶粒状态时，图8中的R0计算方程准确定量地描述了（C+N）含量对常温固溶强化的影响。一定的分散度。同理可得如如图8与抗拉强度有关的Ru方程。

(C+N)含量对晶界强化的影响

图2-7中直线的斜率表示大量奥氏体不锈钢管的晶界强化效果。图9 总结了这些斜率值。可以看出，固溶体（C+N）的含量决定了晶界强化效果。因此，晶粒细小的高氮奥氏体不锈钢管在完全再结晶条件下可以达到非常高的屈服强度。

图9 中的方差太大。这可能是由于不同研究团队计算粒度的方法不同。

作者目前正在研究消除这些差异的方法。尽管如此，图9 所示的趋势仍然非常清晰和显着，几乎不需要修正。

图8 和图9 都表明，钢铁生产商仅通过控制奥氏体不锈钢管中间隙元素(C+N) 的含量和晶粒尺寸，就可以在广泛的强度范围内获得令人满意的材料。这个强度范围并没有完全扩大，特别是工业生产的高强度不锈钢管。高强度需求方面先进技术的进一步发展可能取决于此。低镍奥氏体合金能否在低强度和高塑性方面得到更广泛的应用，例如在深冲应用中，可能取决于对晶粒尺寸的合理控制。

韧脆转变温度

很久： (C + N) 含量越高，韧脆转变温度越高，因此已知含1.0% 氮的奥氏体不锈钢管在其周围非常脆。温度。这也说明该类钢的有益（C+N）含量存在上限。最近的一项研究也证实了这一点，如如图10 和图11 所示。从图11 可以清楚地看出，最近四项研究的结果满足图10（图5-8）数据中概括的关系。因此，可以说图10 中的方程可以很好地预测韧脆转变温度。这也可能意味着Cr、Mn、Ni等合金元素对韧脆转变温度影响不大。

但是，该公式不适用于低温和(C + N) 含量。这可以从图11 中三角形数据点的位置看出（代表高镍奥氏体不锈钢管）。这种差异与镍在极低温度下对塑性的积极影响密不可分。但是，当(C+N)的质量分数超过0.8%时，镍不会降低韧脆转变温度，也不会增加延展性。

双相钢的缝隙腐蚀

测量不锈钢管耐缝隙腐蚀性能的方法之一是测量材料暴露于6%的FeCl3水溶液24小时后发生缝隙腐蚀的最低温度。图12汇总了大量奥氏体不锈钢管的数据，其中横坐标为MARC关系式表示的合金含量。

图12 中各种奥氏体不锈钢管的实验数据与图12 中的关系很好地吻合。另外，该公式可以非常准确地预测双相钢的临界缝隙腐蚀性能，如如图13所示。

从图13可以看出，双相钢的临界缝隙腐蚀温度完全符合图12所示的奥氏体不锈钢管的关系式。这个结论是几年前发表的[4,9,10]。 2009年，两种新型双相钢2207和3207如火如荼的问世，临界缝隙腐蚀温度也完全符合作者得到的关系式（图13）。这对于： 有两个含义。一是这两种双相钢的临界缝隙腐蚀性能实际上优于其他双相钢，二是我们可以利用我们的关系来准确预测我们新开发的不锈钢管的耐腐蚀性能。 …

海洋大气的腐蚀和失重

拟合电位常用于表征不锈钢管的耐腐蚀性能。但是，还需要了解不锈钢管在实际使用环境中的耐腐蚀性能。地球上最常见的环境之一是海洋大气。为此，开展了：长期实验项目，测量各种不锈钢管在海洋大气中的腐蚀失重。本文中的部分结果是经过两年的实验得出的。只要有新的钢种可用，它们就会被添加到这个长期的实验项目中，所以我们希望更多的钢铁生产商和用户能够提供样本，以纳入这项非营利性中性研究。今后，不锈钢管相对耐腐蚀性能的对比试验结果每年都会公布，更加准确可靠。

图14 显示了作者收集的大量关于铁素体、奥氏体和双相不锈钢管在海洋大气中的失重和海水中点蚀潜力的数据。从图14的线性刻度可以看出，耐腐蚀性最差的不锈钢管410和409含有12%的Cr，表明点蚀电位和重量损失之间的相关性令人满意，但并不令人满意。通过这个。由于分散程度大，不知道能不能判断耐蚀性差异不大的两种钢。但是，随着时间的推移，海洋大气侵蚀失重的对比会逐年变得更加明显，结果也会更加可靠。同时，未来其他实验机构也可以通过点蚀电位的测量来衡量不锈钢管耐腐蚀性能的细微差别，保证结果的一致性和可重复性。识别这些细微差别需要使用对数坐标来测量重量损失，特别是对于未来几年重量损失率较低的高合金奥氏体和双相不锈钢管（图15）。

图15 中的方差表明，使用MARC 关系来描述各种类型不锈钢管的耐腐蚀性是一个不错的选择。但是，我们认为仅靠合金成分不足以预测商品不锈钢管的耐腐蚀性能，钢材的杂质、夹杂物和组织也会产生各种影响。因此，除了采用实验室检测和相关预测两种方法外，比较工业生产的不锈钢管在海洋大气中的实际耐腐蚀性能是必要且有意义的。