鐵素體不銹鋼——“銹水”、“綠水”的終結者!!
添加什么元素可以使鋼材具有特殊性能？什么鋼材品種強度高又易切削？什么樣的鋼材可以用于特定用途？最懂鋼鐵材料的莫過于有著豐富生產(chǎn)經(jīng)驗的鋼企，隨著高質(zhì)量發(fā)展的不斷推進，鋼企未來將會向用戶提供更專業(yè)的綜合服務。
對此，材料專家圍繞某種鋼鐵材料的特殊性能、特定用途、應用前景等進行詳細、細致地介紹和分析，為下游用鋼企業(yè)提供更專業(yè)的鋼鐵知識，傳遞鋼鐵材料最前沿資訊。建筑給水管道是我們?nèi)粘Ｉ钣盟妮d體，為滿足國家飲用水品質(zhì)要求，其制造材料一直發(fā)生著變化，從鍍鋅管、銅管到塑料管、金屬塑料復合管等。然而，隨著時間的推移，這些材料在使用中逐漸暴露出諸多弊端和隱患，如鍍鋅管、銅管，在使用幾年后產(chǎn)生氧化銹蝕，同時極易滋生細菌，危害人體健康，而塑料管道又常常出現(xiàn)爆裂、支管堵塞等問題。近日，在2024年第六屆中國國際400系不銹鋼大會上，中國特鋼企業(yè)協(xié)會不銹鋼分會專家李天寶介紹了鐵素體不銹鋼在家裝用水管道上的應用情況，并指出，薄壁不銹鋼管材是未來管材使用和發(fā)展的趨勢。據(jù)李天寶介紹，作為一種特種合金管，不銹鋼屬于綠色環(huán)保材料，是目前管道材料中唯一可以植入人體的材料。薄壁不銹鋼管道材料無鉛、無毒，內(nèi)壁光滑不含再生細菌，不結垢、不老化、基本不腐蝕，對人體無傷害，可在零下40℃到零上300℃的環(huán)境中使用，并且使用壓力可達5兆帕而不發(fā)生泄露，與建筑同壽命，能夠全面滿足給水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)和對衛(wèi)生安全有更高標準的直飲水系統(tǒng)的要求。國外工程也通過實踐證明，薄壁不銹鋼管材是給水管材中綜合性能最好的環(huán)保型、節(jié)能型管材。目前，國內(nèi)薄壁不銹鋼已經(jīng)開始走上標準化、快速化的發(fā)展道路。國家出臺了相關標準，除了《建筑與小區(qū)管道直飲水系統(tǒng)技術規(guī)范》（CJ/T110-2017）、《室外給水設計規(guī)范》（GB/500B-2006）中明確了應用不銹鋼管的規(guī)定外，今年3月13日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布2024年第61號公告，文件批準了《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019），規(guī)定供水系統(tǒng)管材、管線等管件系統(tǒng)采用銅管或不銹鋼管。
相較國外20世紀60年代開始應用和推廣薄壁不銹鋼管而言，我國建筑給水用不銹鋼管應用較晚，1998年才開始有具體應用實踐，且當時采用的是日本柳樂哥擠壓式不銹鋼管。隨著不銹鋼管從厚壁變?yōu)楸”诩夹g的突破，制造成本大大降低，再加上連接技術和連接工藝的改進，自產(chǎn)薄壁不銹鋼在我國建筑給水系統(tǒng)上開始廣泛應用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，薄壁不銹鋼管已經(jīng)在我國各大城市的標志性建筑、體育館、醫(yī)院、寫字樓、機場和民用住宅領域得到廣泛應用。同時，隨著應用實踐的不斷深入，鐵素體不銹鋼在該領域的應用優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，其研發(fā)進程也在加快。2008年，鐵素體不銹鋼直管開發(fā)成功。2021年，云創(chuàng)金屬和湖南格侖對壁厚大于0.8毫米的供水用鐵素體不銹鋼連續(xù)波波紋管與間斷波波紋管的開發(fā)也相繼取得成功。這為鐵素體不銹鋼在家裝供水系統(tǒng)的應用提供了可靠的技術保證。鐵素體不銹鋼的原型鋼出現(xiàn)于1914年，至今已有100多年的發(fā)展歷史。在這一個世紀的時期內(nèi)，鐵素體不銹鋼的研究、發(fā)展和應用從未間斷過。進入21世紀，從事鐵素體不銹鋼研究和開發(fā)應用的科學家，將鐵素體不銹鋼發(fā)展分為傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼和現(xiàn)代鐵素體不銹鋼兩個發(fā)展時期。傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼使用電弧爐單煉并加工生產(chǎn)，鋼中碳、氮含量處于常規(guī)水平，再降低難度較大。且傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼存在著脆性大、晶間腐蝕敏感性大、焊接性能差等缺點，導致其在應用上受到限制。現(xiàn)代鐵素體不銹鋼指應用AOD（氬氧脫碳法）、VOD（真空吹氧脫碳法）、SS-VOD（具有強攪拌功能的VOD）等二次精煉工藝冶煉并加工生產(chǎn)的鐵素體不銹鋼。其鋼中的碳、氮含量應用現(xiàn)代科學技術實現(xiàn)降低，并通過添加Ti、Nb等穩(wěn)定化元素，添加Cu、Al、V等焊縫金屬韌化元素，改善了傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼的脆性、延展性和焊接性。其包含高純鐵素體不銹鋼和超級鐵素體不銹鋼，高純鐵素體不銹鋼是指鋼中的C+N≤ 150×10-6，超級鐵素體不銹鋼是指鋼的耐蝕當量（PRE）Cr+3.3Mo≥35。目前，國內(nèi)供水系統(tǒng)存在水漏損、水質(zhì)二次污染、使用壽命短等問題，管材選用不當，容易產(chǎn)生漏水、滲水問題，甚至產(chǎn)生“綠水”“銹水”等，危害人體健康。鐵素體不銹鋼在這些問題的改善上有著得天獨厚的優(yōu)勢。從鐵素體不銹鋼的性能特點來看，鐵素體不銹鋼具有耐全面腐蝕和耐各種局部腐蝕的性能，特別是耐氯化物點腐蝕和由此引起的耐應力腐蝕性能。李天寶介紹，在幾十年的實際應用中，尚未見到鐵素體不銹鋼發(fā)生氯化物應力腐蝕斷裂的實例。這一特點使其尤其適用于供水系統(tǒng)。再結合鐵素體不銹鋼管采用進出口一支鋼管連接的方案，有效消除了家裝管材漏水的隱患。因此，使用鐵素體不銹鋼管可稱為家裝用水管的優(yōu)選方案。
此外，鐵素體不銹鋼還具有很多優(yōu)點。比如，冷加工傾向較低，易于冷彎、沖壓、擴管、卷邊、施壓、冷鍛和切削；熱導率高，約為鉻-鎳奧氏體不銹鋼的135%，非常適合于在熱交換的環(huán)境中使用；熱膨脹系數(shù)低，約為鉻-鎳奧氏體不銹鋼的60%，非常適合于在發(fā)生熱脹冷縮、熱循環(huán)的環(huán)境中使用；有磁性，可做軟磁材料；相較于奧氏體鋼種，可適用于不同環(huán)境的特定用途等。“當前發(fā)展鐵素體不銹鋼的主要任務，是要進一步提高鐵素體不銹鋼的應用性能。”李天寶表示，鐵素體不銹鋼目前還存在一些缺點和不足，在焊接工藝方面還需進一步發(fā)展。總的來說，鐵素體不銹鋼在家裝用水管領域有著良好的應用前景，當前要抓住機遇，為家裝用水管采用鐵素體不銹鋼提供更優(yōu)的應用方案。
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