不銹鋼管性能和制造質(zhì)量控制要求評述

 由于不銹鋼管具有良好的高溫強度、抗蠕變、抗氧化及耐腐蝕等綜合性能，是石油工業(yè)及發(fā)電設(shè)備中高溫高壓管道和鍋爐用鋼的首選鋼種。此類不銹鋼管服役條件苛刻，制造質(zhì)量控制要求很高，稍有不慎可能造成使用中的災(zāi)難性事故。針對不銹鋼管在工程應(yīng)用中的重要性，介紹了不銹鋼的成分設(shè)計、組織性能特征、蠕變強化和劣化、成形加工的影響、焊接性和剩余壽命評估等，并對其制造質(zhì)量控制要求進行了評述。文章指出，不銹鋼的化學成分特點決定了其具有高的可淬硬性和優(yōu)良高溫力學性能，但也造成其加工性能和焊接性能變差。不銹鋼焊接裂紋敏感性較高，特別是高溫長時間服役中蠕變過程引起的焊接熱影響區(qū)臨界區(qū)的孔洞型劣化，是不銹鋼管工程化應(yīng)用的致命弱點。因此，防止和延緩這一劣化過程應(yīng)該成為不銹鋼管成分設(shè)計和加工過程質(zhì)量控制的研究重點。

   通常把含鉻（0.5%~9%）、含鉬（0.5%~1%）及少量鎢、釩、鈮、鈦等元素的低合金鐵素體鋼稱為不銹鋼。但文獻中往往把鉻的上限擴大到12%，后者已屬鐵素體不銹鋼范疇。不銹鋼具有優(yōu)良的高溫強度、抗蠕變、抗氧化及耐腐蝕等綜合性能，合金含量和成本卻遠低于奧氏體不銹鋼和兩類高溫結(jié)構(gòu)候選用材Ni基及FeNi基超級合金鋼，是石油化工和發(fā)電廠設(shè)備、特別是亞臨界、超臨界和超超臨界大型發(fā)電廠高溫高壓管道和鍋爐用鋼管的首選鋼種。此類不銹鋼管服役環(huán)境條件苛刻（高溫、高壓、高氧化性或腐蝕性蒸汽），性能和制造質(zhì)量要求很高，稍有不慎將造成系統(tǒng)性和災(zāi)難性事故。近十余年國內(nèi)發(fā)生的5次發(fā)電廠高溫蒸汽管道爆炸事故可能都跟此類不銹鋼管有關(guān)。美國、英國、日本在此類不銹鋼管應(yīng)用中亦發(fā)生過同類事故，有些事故同樣是災(zāi)難性的。

  為此國際上對其成分和加工過程均有長期、大量和反復(fù)的研究探索，其中有些爭議至今未果。目前標準中此類不銹鋼管只允許采用無縫壓延方法制造，僅在大型彎頭制造中允許采用焊接法，但環(huán)焊縫焊接在應(yīng)用中總是不可避免的。美國焊接手冊1998年第8版和2011年第9版均指明不銹鋼可提供良好的焊接性和高淬硬性，但在第9版給出的修改中則指明“直到2010年不銹鋼的填充金屬和焊接程序仍在研發(fā)中”。說明不銹鋼的焊接技術(shù)尚不成熟，焊接裂紋敏感性高是高淬硬性的根本原因，而現(xiàn)已揭示的不銹鋼蠕變劣化，特別是焊縫熱影響區(qū)（HAZ）臨界部位的空洞化更是其致命弱點，如何防止或者延緩這一劣化過程已成為其成分和加工過程控制要素的研究重心。