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超级奥氏体不锈钢的发展历程

来源：科迈斯（深圳）科学仪器有限公司分类：行业标准 2023-10-27 11:28:05 25阅读次数

超级奥氏体不锈钢是具有高Cr、Mo、N含量且耐点腐蚀指数不小于40的奥氏体不锈钢。与奥氏体不锈钢相比，超级奥氏体不锈钢具有优异的耐均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能，且因氮合金化使其兼具了较高的强度和塑韧性，被广泛应用在城市垃圾处理与烟气脱硫等废气处理领域、化学工业与制浆造纸等苛刻环境领域，以及油气开采与海水淡化等资源开采领域。

1976年Avesta公司申请了新的不锈钢专利并引入254 SMO，是超级奥氏体不锈钢发展第二阶段的典型代表。其利用炉外精炼技术并采用氮合金化，控制钢中N质量分数在0.2%左右、Mo质量分数在6%左右。

随后采用氮合金化研发了其他类似牌号，例如20世纪70年代由美国Allegheny公司为解决海水腐蚀问题而在AL-6X的基础上生产的AL-6XN（N08367，21Cr-24Ni-6Mo-0.2N）和AL-6XN Plus，80年代德国VDM公司在904L的基础上提高Mo含量并加入0.2%N而研发的Cronifer 1925hMo（N08926，20Cr-25Ni-6Mo-0.2N）。AL-6XN与Cronifer 1925hMo成分范围相似，与254 SMO相比多了7%的Ni，奥氏体相更稳定。

254 SMO、AL-6XN与Cronifer 1925hMo是现阶段较为成熟且易于加工制造的三种6Mo钢，常用于海洋油气平台、海水淡化、海水热交换器、冷凝管等海洋环境，烟气脱硫、纸浆造纸工业、漂白装置、核电厂、原油蒸馏等高浓度氯化物介质环境，以及化学药品的反应容器及配管等环境中。

除了上述三种大量工业应用的6Mo钢之外，各国还相继研发了性能优异的6Mo钢，如1984年韩国申请了SR50A（S32050，23Cr-21Ni-6Mo-0.25N）的专利，相较于254 SMO、AL-6XN与Cronifer 1925hMo而言，S32050有较高的Cr、N含量，具有优异的耐蚀性和远高于常规奥氏体不锈钢的强度水平，且其具有与钛合金相似的局部耐蚀性，适用于对耐腐蚀性要求极高的环境，如核电站、烟气脱硫系统、火箭发动机部件、生物材料等。

1988年芬兰Outokumpu公司研发出的NIROSTA4565S（S34565，24Cr-17Ni-5Mo-6Mn-0.5N），其主要是通过提高Mn的含量来提高N的溶解度。Mn虽是弱奥氏体形成元素，但也是强烈稳定奥氏体元素，Mn与N可代替或减少不锈钢中昂贵的Ni的含量，使不锈钢在兼具良好耐腐蚀性能的同时又拥有价格优势，并且钢中N质量分数高达0.5%，钢的屈服强度比254 SMO提高40%。现被广泛应用在制浆造纸、化学品储藏与运输、湿法冶金、烟气脱硫、海水淡化等领域。

20世纪90年代，日本Yakin公司以254 SMO为基础，进行适当的提Cr降Mo以及优化其他元素含量，研发出NAS 254N（S32053，23Cr-25Ni-5Mo-0.2N），不仅确保了超级奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，而且还降低了金属间化合物析出的风险。NAS 254N现被广泛使用在海洋工程、化学工业、制浆造纸及污染防治等系统中。

提高Mo与N含量

254 SMO、AL-6XN、Cronifer 1925hMo和S34565等虽然具有良好的耐腐蚀性能，但在有缝隙的局部或温度较高的恶劣环境中其耐腐蚀性能有限，此时镍基合金或钛合金更有优势，但是价格昂贵。为了弥补这一差距，1992年Avesta公司研发出含7%Mo的654 SMO（S32654，24Cr-22Ni-8Mo-3Mn-0.5N），这是超级奥氏体不锈钢的第三阶段，其在6Mo钢的基础上对Cr、Mo、N含量都有较大幅度的提高，Mo质量分数达到7%，N质量分数控制在0.5%，并加入适量的Mn使其可以通过常规的AOD精炼手段和连铸进行生产，不必担心在随后的加工制造中N从钢中逸出。

合物或铵盐以及形成NH₃或NH₄⁺来提高局部pH值等方式，提高不锈钢的耐点腐蚀性能。基于此，氮合金化进一步发展，以654 SMO为典型代表的高N（大于0.5%）超级奥氏体不锈钢得以研发。

3超级奥氏体不锈钢的未来发展趋势

材料合金设计理念

超级奥氏体不锈钢历经三代发展，体系逐渐成熟，拥有优异的耐腐蚀性能、良好的力学性能以及适中的价格优势，使其应用范围逐渐扩大。但随着工业化的进步，介质环境日渐苛刻，促使超级奥氏体不锈钢的进一步研发。

无缝管、焊接管以及其他管道系统，用于输送纯海水、输送和处理含硫化氢的碳氢化合物和海水混合物。1990年日本Yakin在一个液化石油气运输码头的钢管柱上部使用S32053包覆层，29年后此部位未发生腐蚀。日本东京羽田机场跑道的1201支钢管桩使用254 SMO的包覆保护皮用于潮差区，包覆保护皮厚0.4 mm，包覆面积69000 m²，共250吨。虽然6Mo钢使用较多，但相关实际应用发现254 SMO在35 ℃以上的Cl^-环境中会发生缝隙腐蚀，并且在北海一个平台上的原油冷却器冷却水出口，当温度高于70 ℃时，254 SMO的法兰和螺纹喷嘴上有缝隙严重腐蚀。

石油和天然气的勘探正在转向更深的储层，特别是深水领域。越来越多的场合会遇到温度高达260 ℃，压力高达172 MPa，H₂S、CO₂、Cl^-以及游离S含量高的情况，这不仅会导致一般腐蚀，还会导致硫化物和氯化物或它们共同作用的应力腐蚀开裂。此外，储层越深，温度越高，由于高温下材料要承受更大的悬挂载荷和压力，因此对材料力学性能的要求也就越高。这表明所使用的材料需同时满足以下几方面的要求：较优的机械性能与耐均匀腐蚀性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能、抗氯化物应力腐蚀开裂性能以及抗硫化物应力腐蚀开裂性能，材料的开发还需具有成本效益。基于此需求，超级奥氏体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性能、优异的强度、相对便宜的价格等优势，可广泛应用于深海油气开采产业，未来针对使用环境的需求还可进一步优化和提升材料性能。

结论

超级奥氏体不锈钢以追求卓越性能为目标，从为满足与硫酸相关的介质环境的耐腐蚀性能而研发的20号合金和904L，到为满足含氯化物介质环境的耐腐蚀性能而研发出的以254 SMO、AL-6XN、Cronifer 1925hMo为代表的6Mo钢，至拥有优异性能的以654 SMO为代表的7Mo钢，历经三个阶段的发展，体系逐渐成熟。在此期间，以AOD、VOD为代表的炉外精炼技术和氮合金化技术发挥了重要作用。

随着工业化技术的进步，未来超级奥氏体不锈钢的应用环境越来越严苛，材料发展仍以追求卓越耐蚀性为主，仍然需要通过提高Cr、Mo、N元素的含量来实现，同时需兼顾相平衡及经济性。

304不锈钢和321不锈钢都是奥氏体不锈钢，但是他们有什么区别呢？请先看下表我们来对比一下：