1、低成本、高強度新型不銹鋼低成本、高強度新型不銹鋼關鍵技術開發關鍵技術開發太原鋼鐵集團太原鋼鐵集團20192019年年9 9月月7 7日，哈爾濱日，哈爾濱 前言前言 太鋼高強度、低成本不銹鋼的關鍵技術開發及應用太鋼高強度、低成本不銹鋼的關鍵技術開發及應用 雙相不銹鋼雙相不銹鋼22052205、21012101等）等） 高高N N奧氏體不銹鋼護環、鋼筋）奧氏體不銹鋼護環、鋼筋） 超級馬氏體不銹鋼超級馬氏體不銹鋼S-S-、S-165S-165） 沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼15-5PH15-5PH） 結束語結束語主要內容主要內容一、前一、前 言言 不銹鋼是具有耐蝕、耐熱、美觀、可百分之百回收的高品質

2、特殊鋼和不銹鋼是具有耐蝕、耐熱、美觀、可百分之百回收的高品質特殊鋼和綠色環保材料，可廣泛應用于航空航天、能源、建筑等眾多領域。綠色環保材料，可廣泛應用于航空航天、能源、建筑等眾多領域。 2019 2019年國內不銹鋼產量年國內不銹鋼產量11251125萬噸，而比例最高的是萬噸，而比例最高的是NiNi含量較高的奧氏含量較高的奧氏體系列不銹鋼，占總量的體系列不銹鋼，占總量的60%60%左右。左右。 我國是貧我國是貧NiNi國，而國，而NiNi是不可再生資源，國際市場是不可再生資源，國際市場NiNi價不斷攀升及劇烈價不斷攀升及劇烈波動，導致不銹鋼行業成本增加的同時，市場風險加劇。波動，導致不銹鋼行業

3、成本增加的同時，市場風險加劇。 材料的強度是使用設計的重要依據，它對設備的安全性至關重要；而材料的強度是使用設計的重要依據，它對設備的安全性至關重要；而單靠厚度增加來達到設計要求，不僅增加了設備的重量，而且也大幅提單靠厚度增加來達到設計要求，不僅增加了設備的重量，而且也大幅提高了制造、使用過程的成本如焊接、運輸等）。高了制造、使用過程的成本如焊接、運輸等）。 高強度、低成本不銹鋼已成為不銹鋼發展趨勢和研究熱點高強度、低成本不銹鋼已成為不銹鋼發展趨勢和研究熱點 低成本：主要是提升不銹鋼耐蝕性能的同時，降低不銹鋼中低成本：主要是提升不銹鋼耐蝕性能的同時，降低不銹鋼中NiNi的含量。的含量。在成分設

4、計中引入在成分設計中引入“以以N N、MnMn代代NiNi的思路，大幅度降低的思路，大幅度降低NiNi的消耗。的消耗。 高強度：主要是相對同樣耐蝕性級別的材料，其強度大幅度提升。實高強度：主要是相對同樣耐蝕性級別的材料，其強度大幅度提升。實現的方式現的方式: :一是一是N N的固溶強化作用；二是細晶強化；三是析出強化；的固溶強化作用；二是細晶強化；三是析出強化； 兩者的結合，可以實現不銹鋼材料的壽命延長、功能性增強和設備輕兩者的結合，可以實現不銹鋼材料的壽命延長、功能性增強和設備輕量化、經濟型的完美統一。量化、經濟型的完美統一。 代表鋼種：雙相不銹鋼、高代表鋼種：雙相不銹鋼、高N N奧氏體不銹

5、鋼、超級馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、超級馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼一、前一、前 言言 雙相不銹鋼是指不銹鋼的固溶組織中鐵素體與奧氏體兩相約各占一半。雙相不銹鋼是指不銹鋼的固溶組織中鐵素體與奧氏體兩相約各占一半。 與同級別的單相奧氏體不銹鋼相比，大幅度降低與同級別的單相奧氏體不銹鋼相比，大幅度降低NiNi含量的同時，材料本含量的同時，材料本身還具有高強度、良好的耐應力腐蝕、耐點腐蝕及焊接性能，在石油化工、身還具有高強度、良好的耐應力腐蝕、耐點腐蝕及焊接性能，在石油化工、造船、造紙、海水淡化、核電等多行業具有廣泛的使用前景。造船、造紙、海水淡化、核電等多行業具有廣泛的使用前景。雙相

6、不銹鋼雙相不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼 太鋼已經形成了不同合金含量、不同性能級別太鋼已經形成了不同合金含量、不同性能級別的系列雙相不銹鋼包括的系列雙相不銹鋼包括S32101S32101、S32304S32304、S31803S31803、S32205S32205、S32750S32750、S32906S32906、SUS329J4LSUS329J4L等），實物性能達到國際同類產品的水平。等），實物性能達到國際同類產品的水平。r雙相不銹鋼特點雙相不銹鋼特點r 成分設計中，降低成分設計中，降低NiNi的含量，具有突出的經濟性的含量，具有突出的經濟

7、性r 現代雙相不銹鋼普遍采取以現代雙相不銹鋼普遍采取以N N代替代替NiNi的方式，實現組織中鐵素體與奧的方式，實現組織中鐵素體與奧氏體的共存。與奧氏體相比，氏體的共存。與奧氏體相比，NiNi、MoMo的含量大幅降低的含量大幅降低, ,經濟性更為明顯。經濟性更為明顯。 代表牌號代表牌號主要元素的化學成分（主要元素的化學成分（% %）C CCrCrNiNiMoMoN NPRENPREN* *低合金型低合金型S32304S323040.030.0323234 4- -0.120.122424S32101S321010.030.0321211.51.5- -0.220.222525304L304L0

8、.030.0319191010- -0.050.051919中合金型中合金型S31803/S32205S31803/S322050.030.0322225 53 30.180.183434316L316L0.030.03171712122.52.50.050.052626超級型超級型S32750S327500.030.0325257 74.54.50.280.284343S32906S329060.030.0329296.56.52.52.50.350.354343254SMO254SMO0.020.02202018186 60.200.204343* *注：點蝕指數注：點蝕指數PREN=Cr

9、+3.3Mo+16NPREN=Cr+3.3Mo+16N二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼r高的強度高的強度r 屈服強度是普通奧氏體的兩倍，屈服強度是普通奧氏體的兩倍，可以在材料強度設計時減薄壁厚。可以在材料強度設計時減薄壁厚。316L904L6Mo+NSAF2304SAF2205SAF25070100200300400500600雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的強度比較雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的強度比較Rp0.2(MPa)Rp0.2(MPa)含鐵素體含鐵素體晶粒細晶粒細含含N N二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼 雙相不

10、銹鋼在雙相不銹鋼在AODAOD爐氮氣合金化技術：實現爐氮氣合金化技術：實現N N含量在含量在500-4000ppm500-4000ppm的精確的精確控制。控制。 熱塑性的控制技術：解決了熱加工過程出現的因塑性不良導致的邊裂和熱塑性的控制技術：解決了熱加工過程出現的因塑性不良導致的邊裂和表面裂紋，并實現了連續大變形條件下的熱連軋卷板的順利生產。表面裂紋，并實現了連續大變形條件下的熱連軋卷板的順利生產。 熱處理工藝控制技術：包括不同合金成分下熱處理工藝控制技術：包括不同合金成分下相的析出規律及防止措施，相的析出規律及防止措施，保證熱處理后性能合格率達到保證熱處理后性能合格率達到100%100%。二

11、、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼r雙相不銹鋼關鍵工藝技術及應用開發雙相不銹鋼關鍵工藝技術及應用開發 雙相不銹鋼焊接工藝技術：研究了不同熱輸入、層間溫度等對焊接性雙相不銹鋼焊接工藝技術：研究了不同熱輸入、層間溫度等對焊接性能的影響，并為用戶提供了有力的技術支持。能的影響，并為用戶提供了有力的技術支持。 雙相不銹鋼高效酸洗技術：研究不同成分的條件下，氧化膜的結構以雙相不銹鋼高效酸洗技術：研究不同成分的條件下，氧化膜的結構以及溫度、酸液配比對酸洗效率的影響規律，實現了帶鋼的高效酸洗。及溫度、酸液配比對酸洗效率的影響規律，實現了帶鋼的高效酸洗。 雙相不銹鋼復合板

12、的制備技術：包括爆炸焊接工藝、異種鋼的焊接工雙相不銹鋼復合板的制備技術：包括爆炸焊接工藝、異種鋼的焊接工藝、復合板的熱處理工藝等。藝、復合板的熱處理工藝等。二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼r雙相不銹鋼關鍵工藝技術及應用開發雙相不銹鋼關鍵工藝技術及應用開發美國美國ABS船級社船級社英國勞氏船級社英國勞氏船級社中國中國CCS船級社船級社r 通過了包括中國通過了包括中國CCSCCS、英國勞氏、德國勞氏、美國、英國勞氏、德國勞氏、美國ABSABS、法國、法國BVBV、挪威、挪威DNVDNV等多國船級社的認證，并簽訂了多艘化學品船用等多國船級社的認證，并簽訂了多

13、艘化學品船用S31803S31803雙相不銹鋼供雙相不銹鋼供貨合同近萬噸，同時具備了貨合同近萬噸，同時具備了“波形板的配套供應。波形板的配套供應。DNV船級社證書船級社證書二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼r 爆炸復合板生產，向三峽工程及向家壩水利工程提供爆炸復合板生產，向三峽工程及向家壩水利工程提供1000010000余噸復合鋼余噸復合鋼板，用于排沙孔鋼襯的制作；向國內百萬噸真空制鹽工程提供了上千噸復板，用于排沙孔鋼襯的制作；向國內百萬噸真空制鹽工程提供了上千噸復合鋼板，用于蒸發罐體的制造。雙相不銹鋼復合鋼板被評為合鋼板，用于蒸發罐體的制造。雙相不銹鋼

14、復合鋼板被評為“國家重點新國家重點新產品產品”實實 物物 結結合區形合區形貌貌二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼焦化工程煤調濕干燥機焦化工程煤調濕干燥機r 石化行業雙相不銹鋼主流品種是石化行業雙相不銹鋼主流品種是22052205、25072507、21012101）r 針對國內石油、化工、壓力容器制造企業各種反應器、塔器、熱交換針對國內石油、化工、壓力容器制造企業各種反應器、塔器、熱交換器、管板、封頭的制作。器、管板、封頭的制作。板式換熱器板式換熱器 r 海水淡化行業雙相不銹鋼海水淡化行業雙相不銹鋼22052205、23042304、21012101）

15、海水淡化蒸發室海水淡化蒸發室二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼r 紙漿、造紙業：紙漿、造紙業：22052205、23042304、21012101過氧化氫反應器過氧化氫反應器過去使用過去使用2205，最近，最近2101r 橋梁及水處理行業橋梁及水處理行業r 太鋼的太鋼的22052205首次用于大橋與水接觸的部首次用于大橋與水接觸的部件制造，解決了因長時間江水飛濺引起的腐蝕件制造，解決了因長時間江水飛濺引起的腐蝕更換問題。目前已經開發成功更換問題。目前已經開發成功22052205螺紋鋼。螺紋鋼。二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹

16、鋼雙相不銹鋼r 核電行業主流品種是核電行業主流品種是2101 2101 ）r 目前國內大量在建、擬建的核電工程，采用了美國西屋目前國內大量在建、擬建的核電工程，采用了美國西屋AP1000AP1000的的核電技術，其乏燃料水池覆面板材質為核電技術，其乏燃料水池覆面板材質為S32101S32101雙相不銹鋼中板。雙相不銹鋼中板。太鋼產太鋼產S32101寬幅中板用于寬幅中板用于AP1000核電乏燃料水池核電乏燃料水池二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼r 建筑領域建筑領域r 迪拜地標之一迪拜地標之一ADICADIC項目的幕墻裝飾項目的幕墻裝飾裝飾工程，用于遮陽傘

17、系統的支撐件。裝飾工程，用于遮陽傘系統的支撐件。 二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -雙相不銹鋼雙相不銹鋼 高高N N奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼N N一般是一般是3000ppm3000ppm以上，具有高強度、無磁和良好的以上，具有高強度、無磁和良好的塑性。在耐磨篩網、橋梁建筑用高強鋼筋、護環用鋼等具有很好的應用塑性。在耐磨篩網、橋梁建筑用高強鋼筋、護環用鋼等具有很好的應用前景。前景。 主要的技術工作主要的技術工作 常壓下高常壓下高N N含量的氮氣合金化技術：首次在含量的氮氣合金化技術：首次在AODAOD爐常壓下實現爐常壓下實現N N含量大含量大于于6000ppm6000ppm的

18、冶煉。的冶煉。 熱加工控制技術：成功軋制了厚度從熱加工控制技術：成功軋制了厚度從10-40mm10-40mm的熱軋中厚板。的熱軋中厚板。 焊接技術：包括熔池中含氮量的控制、防止形成氣孔等技術。焊接技術：包括熔池中含氮量的控制、防止形成氣孔等技術。典型鋼種典型鋼種10Cr21Mn16NiN10Cr21Mn16NiN、1Cr18Mn18N1Cr18Mn18N（% %）鋼鋼 種種CSiMnCrNiN10Cr21Mn16NiN0.08-0.13 0.3-0.6 15.0-17.0 21.0-22.0 1.5-2.0 0.60-0.70 1Cr18Mn18N0.120.0817.5-20.017.5-2

19、0.0-0.47二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -高高N N奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼低成本高強度不銹鋼鋼絲特點：低成本高強度不銹鋼鋼絲特點： 高氮含量：高氮含量：N0.5%N0.5%； 高強度：鋼絲抗拉強度高強度：鋼絲抗拉強度1570MPa1570MPa； 高塑性：可滿足彎曲、扭轉要求；高塑性：可滿足彎曲、扭轉要求； 低松弛：適應橋梁高應力狀態；低松弛：適應橋梁高應力狀態； 耐腐蝕性能；耐點指數耐腐蝕性能；耐點指數PRENPREN達到達到2828。項項 目目 規范要求規范要求 實際值實際值 抗拉強度（抗拉強度（MPaMPa） 1570 1570 17921792非比例延伸應

20、力非比例延伸應力 1180 1180 13121312伸長率（伸長率（% %） 4 4 6 6彎曲次數彎曲次數4 41919應力松弛（應力松弛（1000h1000h外推）外推）8 8 4.54.5疲勞（萬次）疲勞（萬次）200 200 375375 太鋼開發的低成本高強度不銹鋼線材、太鋼開發的低成本高強度不銹鋼線材、鋼絲代替鍍鋅鋼絲制造斜拉索，拉索耐腐鋼絲代替鍍鋅鋼絲制造斜拉索，拉索耐腐蝕性提高，不僅可以節省拉索防護成本、蝕性提高，不僅可以節省拉索防護成本、換索成本，而且延長了橋梁壽命。換索成本，而且延長了橋梁壽命。 此外，太鋼還開發成功高此外，太鋼還開發成功高N N護環用鋼，護環用鋼，各項性

21、能指標均達到進口產品水平。各項性能指標均達到進口產品水平。二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -高高N N奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼r 以以S-S-0Cr13Ni5Mo)0Cr13Ni5Mo)、S-165(00Cr16Ni5Mo) S-165(00Cr16Ni5Mo) 為代表的超級馬氏體不銹為代表的超級馬氏體不銹鋼，具有強度硬度高、塑韌性好等優點，主要用于制造水電行業中需要鋼，具有強度硬度高、塑韌性好等優點，主要用于制造水電行業中需要高強度和耐腐蝕的部件及用于機械制造行業的鼓風機、離心機、造紙和高強度和耐腐蝕的部件及用于機械制造行業的鼓風機、離心機、造紙和紡織機械的制造。紡織機械

22、的制造。r 解決的關鍵技術：解決的關鍵技術：r高質量板坯連鑄工藝技術：解決了此類鋼連鑄易開裂問題。高質量板坯連鑄工藝技術：解決了此類鋼連鑄易開裂問題。r特厚板高強韌化工藝技術：厚板的綜合性能達到國際先進水平。特厚板高強韌化工藝技術：厚板的綜合性能達到國際先進水平。r改善中厚板熱塑性工藝技術：解決了熱加工易開裂的難題。改善中厚板熱塑性工藝技術：解決了熱加工易開裂的難題。r熱軋厚板板型控制技術：板型不良問題得到大幅度改善。熱軋厚板板型控制技術：板型不良問題得到大幅度改善。 二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -超級馬氏體不銹超級馬氏體不銹鋼鋼S-135中厚板的外觀照片中厚板的外觀照

23、片 太鋼生產的超級馬氏體熱軋中厚板廣太鋼生產的超級馬氏體熱軋中厚板廣泛應用于三峽、向家壩、鳳儀、深溪溝、泛應用于三峽、向家壩、鳳儀、深溪溝、銀盤、龍開口等國家重點水電工程。銀盤、龍開口等國家重點水電工程。 二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -超級馬氏體不銹超級馬氏體不銹鋼鋼 15 155PH5PH沉淀硬化不銹鋼是通過時效處理析出富沉淀硬化不銹鋼是通過時效處理析出富CuCu相，獲得高強度的相，獲得高強度的同時，還具有高的橫向韌性、高硬度，良好耐蝕性、抗氧化性、焊接同時，還具有高的橫向韌性、高硬度，良好耐蝕性、抗氧化性、焊接性和良好的可鍛造性能。性和良好的可鍛造性能。 解決的關鍵

24、技術：解決的關鍵技術： 高純凈度熔煉技術：實現超低夾雜物含量控制。高純凈度熔煉技術：實現超低夾雜物含量控制。 納米級析出相控制技術：合理的固溶時效熱處理工藝獲得彌散分納米級析出相控制技術：合理的固溶時效熱處理工藝獲得彌散分布的富布的富NbNb碳氮化物和富碳氮化物和富CuCu強化相。強化相。 高致密性、高均勻性組織鍛造技術高致密性、高均勻性組織鍛造技術: :保證橫縱性能均勻性。保證橫縱性能均勻性。鋼鋼 種種CSiMnCrNiCuNb15-5PH0.071.001.0014.0-15.53.5-5.52.5-4.50.15-0.45二、高強度、低成本不銹鋼二、高強度、低成本不銹鋼- -沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼 應用領域：主要應用于既要求高強度、應用領域：主要應用于既要求高強度、良好韌性，又要求具有優良耐蝕性能的良好韌性，又要求具有優良耐蝕性能的使用環境。使用環境。飛機起落架飛機起落架飛機