首鋼研發(fā)低合金耐蝕鋼助力熱力管網(wǎng)煥新升級(jí)
首鋼研發(fā)低合金耐蝕鋼助力熱力管網(wǎng)煥新升級(jí)
首鋼京唐低合金耐蝕鋼軋制現(xiàn)場(chǎng)。
近日，首鋼熱力管網(wǎng)用低合金耐蝕鋼成功應(yīng)用于北京市豐臺(tái)區(qū)蒲黃榆地區(qū)熱力管網(wǎng)一次線改造工程，全面貫通了新型鋼材在熱力管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和工程節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了低合金耐蝕鋼、配套焊接材料、焊接技術(shù)及防腐技術(shù)在熱力管網(wǎng)系統(tǒng)的首次示范性應(yīng)用。
我國(guó)擁有世界上**的集中供熱體系，覆蓋秦嶺—淮河以北的13省及京津兩市，供熱面積超150億平方米。供熱管網(wǎng)的建設(shè)高峰出現(xiàn)在20世紀(jì)八、九十年代，受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，管網(wǎng)基礎(chǔ)材料主要采用傳統(tǒng)碳素鋼Q235B，設(shè)計(jì)壽命30年，目前正集中進(jìn)入“老齡化”階段。老舊管網(wǎng)銹蝕引發(fā)的泄漏、爆管等安全事故呈逐年遞增態(tài)勢(shì)，熱網(wǎng)事故占供熱系統(tǒng)事故總量的50%—60%，因此消除老舊管網(wǎng)安全隱患已成為迫在眉睫的民生焦點(diǎn)。
研究發(fā)現(xiàn)，熱力管網(wǎng)經(jīng)受長(zhǎng)期、連續(xù)的高溫流動(dòng)介質(zhì)腐蝕，即使管網(wǎng)用水經(jīng)過除氧處理，鋼材的腐蝕速率仍然是靜態(tài)條件的10倍左右。在此條件下，傳統(tǒng)碳素鋼Q235B在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命的服役時(shí)間內(nèi)便會(huì)出現(xiàn)泄漏等安全問題，大部分在服役10—15年后便需要更換。另外，供熱行業(yè)現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中采用的鋼材仍為碳素鋼體系，明顯落后于鋼鐵行業(yè)近年來新型鋼材的開發(fā)和應(yīng)用。因此，有必要將一種兼顧機(jī)械性能和耐蝕性能的新型鋼材納入標(biāo)準(zhǔn)體系，為供熱系統(tǒng)提供更優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)材料。
為了解決熱力管網(wǎng)服役安全和壽命問題，首鋼決定研發(fā)一種新型鋼材，通過提升材料抗腐蝕性能，從基礎(chǔ)材料源頭推動(dòng)管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)升級(jí)。為此，首鋼技術(shù)研究院協(xié)同首鋼股份營(yíng)銷中心、首鋼京唐制造部等單位組建產(chǎn)銷研團(tuán)隊(duì)，同時(shí)依托北京市總工會(huì)平臺(tái)，充分發(fā)揮技術(shù)研究院劉宏創(chuàng)新工作室與豐臺(tái)供暖所張春巖創(chuàng)新工作室聯(lián)盟作用，開展熱力管網(wǎng)用低合金耐蝕鋼研發(fā)和應(yīng)用推廣工作。在材料研發(fā)過程中，首鋼研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)管網(wǎng)服役環(huán)境搭建流動(dòng)介質(zhì)循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置，建立加速試驗(yàn)方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出耐蝕性顯著提升、成本可控且易于生產(chǎn)的鋼材化學(xué)成分，使新型低合金耐蝕鋼的腐蝕速率僅為傳統(tǒng)碳素鋼Q235B的1/2。同時(shí)，為匹配耐蝕鋼性能，自主開發(fā)了配套低合金耐蝕埋弧焊絲及焊劑。
新型耐蝕鋼在工程應(yīng)用方面面臨兩大難題。首先，傳統(tǒng)管材配套彎頭為無縫管擠壓成型，耐蝕鋼彎頭若采取這一工藝路徑，需要進(jìn)行工業(yè)冶煉和無縫管軋制，鑒于示范應(yīng)用階段彎頭用量較小的實(shí)際情況，團(tuán)隊(duì)通過走訪下游加工企業(yè)，最終確定采用鋼板“沖壓—對(duì)焊”的彎頭加工方式，實(shí)現(xiàn)了低合金耐蝕鋼螺旋直管和配件的整體供應(yīng)。其次，針對(duì)新舊管網(wǎng)不同材料連接引起的焊縫力學(xué)性能降低和選擇性腐蝕的瓶頸問題，創(chuàng)新開發(fā)了碳素鋼管端預(yù)制金屬涂層防腐協(xié)同異種鋼材焊接工藝的關(guān)鍵技術(shù)，可顯著延緩碳素鋼管端的選擇性腐蝕，實(shí)現(xiàn)新舊管網(wǎng)連接處的耐蝕性匹配。同時(shí)，使焊接接頭處化學(xué)成分的階躍變化轉(zhuǎn)變?yōu)橹鸩竭^渡，顯著提升焊接接頭處的力學(xué)性能。
首鋼特色低合金耐蝕鋼+配套焊接及防腐技術(shù)的一體化應(yīng)用解決方案，攻克了熱力管網(wǎng)性能升級(jí)的一系列關(guān)鍵難題，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)預(yù)測(cè)壽命提升1倍。熱力管網(wǎng)用低合金耐蝕鋼的示范應(yīng)用是首鋼解決民生領(lǐng)域技術(shù)難題，探索材料創(chuàng)新的生動(dòng)實(shí)踐，為老舊熱力管網(wǎng)改造升級(jí)提供了優(yōu)質(zhì)高效的首鋼方案。