超級(jí)鐵素體S44660 冷軋工藝開發(fā)

劉治宏

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司冷軋廠，山西 太原 030002）

超級(jí)鐵素體不銹鋼發(fā)展于20 世紀(jì)70 年代中期，w（Cr）超過25%，w（Mo）為1%～4%，部分鋼種含少量鎳，耐點(diǎn)蝕指數(shù)（PRE）不小于35，耐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)鐵素體不銹鋼，相當(dāng)于超級(jí)奧氏體或鎳基合金。超級(jí)鐵素體因其良好的耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕性能以及良好的耐應(yīng)力腐蝕破裂性能，已成功應(yīng)用于采用各種水，包括海水作為冷卻介質(zhì)的各種換熱設(shè)備，使用性能可與鈦媲美。

2000 年以后歐美、日本等發(fā)達(dá)國家新建電站基本上不再使用價(jià)格昂貴的高性能奧氏體不銹鋼，而使用成本更低的超級(jí)鐵素體不銹鋼。該材料已成為濱海電站冷凝器材料的發(fā)展趨勢(shì)。但是，我國濱海電站冷凝器仍在大量使用價(jià)格昂貴的鈦管或銅管。從市場(chǎng)需求上看，我國在建濱海電站和核電站以及舊機(jī)組改造所需的冷凝管材料超過1 000 t/年。該類不銹鋼生產(chǎn)難度極大，目前只有極少數(shù)企業(yè)能夠批量生產(chǎn)，比如美國阿里根尼和普利茅斯、日本住友金屬和JFE 公司。經(jīng)過近幾年的大力發(fā)展，我國400 系不銹鋼的工藝技術(shù)取得了巨大進(jìn)步、品種規(guī)格日益豐富，超級(jí)鐵素體不銹鋼產(chǎn)品及其制造工藝也開始試制及開發(fā)。

1 超級(jí)鐵素體S44660 冷軋工藝研究

1.1 軋制工藝

超級(jí)鐵素體不銹鋼S44660 鉻、鉬含量的高，強(qiáng)度高，軋制負(fù)荷大。在初道次軋制時(shí)材料溫度還低，脆性大，容易在軋制過程中發(fā)生脆斷。S44660 的這種特性，使得其軋制時(shí)不能與普通鐵素體不銹鋼一樣，軋制時(shí)變形量逐次減小。而需要在初道次軋制時(shí)需要適當(dāng)減小變形量，減小軋制壓力同時(shí)使材料在軋制過程中因變形而溫度升高，因此，超級(jí)鐵素體不銹鋼軋制過程中變形量分布呈由小到大再減小的過程。

1.2 熱處理工藝研究

超級(jí)鐵素體不銹鋼S44660 脆性轉(zhuǎn)變溫度（TDBT）高，在合理的控制C、N 含量后，TDBT可以達(dá)到-20 ℃左右，在北方冬季生產(chǎn)時(shí)仍然存在風(fēng)險(xiǎn)，主要表面在厚規(guī)格材料在彎曲時(shí)特別容易脆斷。為了擴(kuò)大超級(jí)鐵素體不銹鋼的使用范圍，以及增強(qiáng)使用安全感，熱處理時(shí)要進(jìn)行快速冷卻，因此空冷、霧冷已不能滿足要求，加熱、保溫結(jié)束后，需要進(jìn)行水冷。

不同退火溫度下處置S44660，進(jìn)行水冷處理，然后進(jìn)行顯微組織觀察，結(jié)果見圖1。

圖1 不同退火溫度對(duì)S44660 顯微組織

從圖1 的晶粒恢復(fù)情況可知，當(dāng)退火溫度為600～800 ℃時(shí)，熱軋板仍保持熱加工被拉長的晶粒組織；當(dāng)退火溫度為900 ℃時(shí)，已開始再結(jié)晶，但仍保留部分熱加工組織結(jié)構(gòu)；當(dāng)退火溫度為1 000 ℃時(shí)，熱帶組織基本為均勻等軸晶粒，已基本完成了再結(jié)晶；當(dāng)退火溫度為1 050 ℃時(shí)晶粒稍許粗化且均勻；當(dāng)退火溫度為1 100 ℃以上時(shí)，晶粒明顯粗化。上述結(jié)果表明，退火溫度在1 000～1 100 ℃時(shí)是適宜的。

連續(xù)退火工藝處理的TTS446 溫度為1100℃，快速冷卻。表1 是超級(jí)鐵素體S44660 經(jīng)過以上軋制及熱處理后的的力學(xué)性能情況。

表1 S44660 與力學(xué)性能

2 實(shí)施效果

2.1 耐點(diǎn)蝕性能

TTS446 冷板制成焊管后，采用ASTM G48-C 方法（6%FeCl3+1%HCl），在65 ℃下進(jìn)行72 h 實(shí)驗(yàn)，計(jì)算腐蝕率并觀察表面腐蝕情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 TTS446 不銹鋼和TA2 鈦管點(diǎn)蝕形貌及腐蝕率

通過顯微鏡觀察，TTS446 不銹鋼管和鈦管內(nèi)外表面均沒有明顯的腐蝕坑，且腐蝕率相近。這表明，TTS446 材料與TA2 鈦材具有同樣優(yōu)異的耐蝕能力。

在不同溫度下測(cè)量TTS446 不銹鋼和TA2 鈦材在3.5%NaCl 溶液中的陽極極化曲線，并得到兩種材料的點(diǎn)蝕電位。

表2 結(jié)果表明，在3.5%NaCl 溶液中兩種材料都有較高的點(diǎn)蝕電位，相應(yīng)材料的室溫下點(diǎn)蝕電位均比60 ℃溫度下要正，說明溫度是影響兩種材料耐點(diǎn)蝕性的重要因素；室溫下TTS446 不銹鋼的點(diǎn)蝕電位與TA2 鈦材相差不大，表明室溫下兩種材料在3.5%NaCl 溶液中耐點(diǎn)蝕性基本相當(dāng)。

表2 兩種材料的點(diǎn)蝕電位值（標(biāo)準(zhǔn)電極電位）mV

2.2 耐縫隙腐蝕性能

取TTS446 冷板試樣，采用ASTM G48-D 方法，分別在35.0 ℃、37.5 ℃、40.0 ℃和42.5 ℃小進(jìn)行縫隙腐蝕試驗(yàn)，然后觀察試樣的形貌并測(cè)量最大腐蝕深度，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 試樣腐蝕形貌及最大腐蝕深度

試驗(yàn)結(jié)果表明，在腐蝕介質(zhì)為6%FeCl3+1%HCl條件下，TTS446 超純鐵素體不銹鋼的臨界縫隙腐蝕溫度大于35 ℃，可以滿足流動(dòng)海水介質(zhì)的要求。

2.3 晶間腐蝕性能

通過降低C、N 含量、條件Nb、Ti 穩(wěn)定化元素以及合適的熱處理工藝，大大降低了TTS446 材料的晶間腐蝕敏感性。TTS446 冷板和焊接態(tài)都具有優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能。

3 結(jié)論

本文是超級(jí)鐵素體不銹鋼S44660 在輥森吉米爾軋機(jī)和AP 線的工藝開發(fā)。主要針對(duì)w（Cr）=28%、w（Mo）=4%影響，具有脆性轉(zhuǎn)變溫度（TDBT）高、耐蝕性好、強(qiáng)度高、軋制負(fù)荷大的特點(diǎn)，開發(fā)相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出滿足應(yīng)用的產(chǎn)品，并測(cè)試了材料的腐蝕性能以及力學(xué)性能。