(來源:2024年9月3日《世界金屬導報》第34期 A12)
一、“先進高強不銹鋼”研發背景
在長達百年的不銹鋼發展歷程中,以304和316L為代表的鉻鎳系不銹鋼屈服強度只有300MPa左右,在承載結構等領域需加厚使用,高昂的合金成本難以在承載結構領域推廣,碳排放也高。近幾十年來,國內外已產業化了14%Cr-1%Ni和16%Cr-4%Ni兩大類節鎳奧氏體不銹鋼,其屈服強度提升,但耐點蝕當量PREN(%Cr+3.3(%Mo)+30(%N)-Mn)值低于16.0,耐蝕性遠不如304不銹鋼,使用壽命短,只能在干燥地區以及室內裝飾等場景使用。為此,室外承載結構領域市場亟需耐蝕性良好的高強奧氏體不銹鋼,也即先進高強奧氏體不銹鋼(圖1)。
在此之前,全球范圍內尚未有高強度奧氏體不銹鋼的產品標準和技術規范。青拓集團借鑒了國家標準GB/T 1951-2018《低合金高強度結構鋼》屈服強度≥355MPa為高強度鋼的理念,提出了先進高強度不銹鋼的定義。即在承載結構領域不僅需要高強度的力學性能,而且需要良好的耐腐蝕性能,以確保承載結構的長壽命。綜上所述,提出耐點蝕當量PREN≥18.0,且規定塑性延伸強度Rp0.2(屈服強度)≥355MPa的不銹鋼為“先進高強不銹鋼”,如下文所描述的含氮高強化奧氏體不銹鋼QN系列以及雙相不銹鋼等產品。
二、“先進高強不銹鋼”研發及市場化
青拓集團于2018年全球首發了2000ppm以上氮的高強奧氏體不銹鋼QN1803,其耐蝕性達到304不銹鋼級,屈服強度達到355MPa以上。經過多年發展,已形成了不同耐點蝕當量的先進高強奧氏體不銹鋼系列化產品,如QN1804、QN1906和QN 2109等,其耐點蝕性能達到304L、316L和317L不銹鋼級。2020年11月在全亞洲范圍內首發了先進高強經濟型雙相不銹鋼QD2001,產品的屈服強度在450MPa以上,延伸率可達40%,其耐點蝕性達到304不銹鋼級,且耐應力腐蝕能力遠勝于304不銹鋼。這些高強度不銹鋼已形成了相關發明專利授權及國標(表1)。從2018年至2024年7月,青拓集團已累計生產和應用了100多萬噸“先進高強不銹鋼”(圖2)。隨著國標、行標和團標的建立,其市場化應用進程會進一步加快。
三、“先進高強不銹鋼”應用場景
“先進高強不銹鋼”是在國家“雙碳”目標下,鋼鐵材料向“高強、高韌、輕量化、長壽命、高性價比”的重大戰略研發方向。“先進高強不銹鋼”在保證耐腐蝕性前提下,可以實現減量化使用,降低綜合使用成本。目前已推廣應用于高鐵隧道工程、裝配式建筑、地鐵工程、集裝箱、家電、能源和海洋工程等高端領域,實現了多個全球首次應用。QN1804和QD2001全球首次應用于裝配式芯板建筑結構,助力遠大可建公司建成了“F”辦公樓和上水堂酒店公寓等項目,榮獲世界高層建筑與都市人居學會(CTBUH)全球創新獎以及世界模塊化建筑住宅類項目第一名(圖3)。QD2001全球首次應用于地鐵工程,實現了減碳輕量化。經中國鋼結構協會專家評審認定“雙相不銹鋼QD2001在軌道交通輔助設施產品研發方面整體達到國際先進水平”。全球最大的集裝箱航運企業之一馬士基使用QN1803不銹鋼用于生產冷藏箱內膽,實現了大幅度降本的目標。全球最大的干貨箱制造企業中集集團使用QN1803和QD2001用于食品罐車,實現了30%減重和節能減排。全球最大家電企業之一的美的集團使用QN1803用于集成形性、焊接性和耐蝕性于一體的洗碗機等高端家電,實現了北美市場50多萬臺洗碗機的銷售目標。此外,QN1906和QN2109等用于海邊濕法脫硫塔的建造,QN2109耐海水腐蝕不銹鋼應用于寧德三都澳海洋牧場。