1、不銹鋼焊管在不同行業中的應用與分析一、前言不銹鋼焊管是不銹鋼板/帶深加工的一個重要領域，又是石油、化工、醫藥、食品、鋪設耐腐蝕性管的主要材料，是發電設備、艦船工業、制冷設備、海水淡化設備的主要元件，因此，不銹鋼焊管越來越受到廣大用戶的關注和有關部門的重視。不銹鋼焊管生產的主要特點是：生產設備輕巧，投資少，建設速度快，焊接方法簡便，產品規格范圍寬，尺寸精度高、壁厚偏差小、表面平滑、成材率高。在大批量生產的情況下，焊管比無縫管成本低20%以上。近年來國內采用的“焊接一冷軋”“焊接一冷拔”生產不銹鋼管工藝，用冷軋卷板按規格要求縱剪、成型后，經多槍氬弧焊機焊接成管，再經冷軋（拔），使焊縫的各項性能指標

2、可以與母材基本一致，產品質量明顯提高。由此看來，用不銹鋼焊管代替不銹鋼無縫管的優勢越來越明顯。二、我國不銹鋼焊管行業的總體情況隨著我國經濟建設的快速發展，不銹鋼的消費量不斷增加，其中不銹鋼管的需求量同樣日趨擴大，市場前景看好。不銹鋼無縫管的市場需求表現在基礎工業方面，如石油、化工、發電等，其需求量占不銹鋼無縫管消耗總量的三分之二，還有如汽車，造船，建筑和環保業等也有較大需求。不銹鋼焊管目前主要用于城市景觀、建筑裝飾行業上，年消耗量在70萬t左右。工業用不銹鋼焊管要求比較高，而且生產工藝不成熟，目前我國年用工業用不銹鋼焊管量大約15萬t左右，大部分需要進口。從國產不銹鋼管產品上看，鋼種從單一的奧

3、氏體鋼發展到馬氏體和鐵素體鋼、雙相鋼、高合金鋼；產品品種有：無縫鋼管包括冷拉管、冷軋管、熱擠壓管、離心鑄造管、旋壓管；焊接管包括：等離子焊、氬弧焊、埋弧焊、光速焊接和高頻焊接等焊管，所能生產的不銹鋼管基本上覆蓋了世界各國標準的品種規格，不銹鋼異型管的規格、品種也達百種以上，產品用途涉及工業、民用的眾多領域。但是總體來說，目前國產不銹鋼管在品種、規格、數量、質量等方面，與市場需求有一定的差距：在不銹鋼管的產品和數量方面：一般用途的普通不銹鋼管的產量已與市場總體需求平衡。無縫管的生產能力大于市場需求，生產過剩；中、低檔次標準的不銹鋼裝飾焊管市場供大于求；較高標準的工業用焊管生產能力不足，尤其是高要

4、求的工業用管，如電站用高壓不銹鋼鍋爐管等基本是空白。在不銹鋼管產品的規格方面：一般用途的中小口徑不銹鋼管的生產能力大干市場需求；大口徑、高要求的不銹鋼管，市場供不應求，缺口較大，如21mm以上的特大口徑不銹鋼管還需要靠進口彌補不足。再如超長度的（大于15m）的超長管，國內也很少生產，基本依靠進口。在不銹鋼管的品種方面：目前國外廣泛使用304L、316L等超低碳不銹鋼。國產的尿素級、高精度不銹鋼，其質量還較難保證；一些技術難度大、質量要求高的專用不銹鋼管，如電站鍋爐的熱交換器管、化肥裝置用尿素管、石油井管等，還主要依靠進口；一些具有良好耐腐蝕性能的雙相不銹鋼管，國內也很少生產，不能滿足市場需求。

5、從不銹鋼管的生產上看：近十年來，隨著應用領域的迅速擴展，加上不銹鋼管高附加值的吸引，生產不銹鋼管材的企業從80年代時的十幾家發展到目前的400多家，綜合生產加工能力超過100萬t，現有不銹鋼無縫鋼管生產企業近300家,2007年生產量50萬,以上,不銹鋼焊管生產線近600條，年生產能力80萬t以上，大于需求。產量達5000t水平的企業很少，多數是年產2000t以下的小廠。我國工業用不銹鋼焊管的產能與國內市場需求不相適應，現有的不銹鋼焊管機組大部分工藝裝備不配套，如缺少熱處理和在線檢測設備等，使機組的生產能力得不到充分發揮，普遍只能生產一般的裝飾用管，而高要求的化工機械用管、熱交換器用管等只有少

6、數廠家可以生產。三、超級鐵素體不銹鋼焊管在半咸水和污染海水作為冷卻介質的條件下，銅和銅合金管作為冷凝管的耐蝕性已不能滿足使用要求。隨著冶金技術的進步和發展，高性能不銹鋼焊管和鈦焊管是替代銅合金冷凝器管的有效途經。目前國內電站用凝汽器管材的選用均參照DL/T712-2000火力發電廠凝汽器管選材導則”的要求而進行，在海水作為冷卻介質的條件下，可選用HAI77-2、BFe30-1-1、TA1焊管。而在國際上各種不同牌號的高性能不銹鋼管已廣泛應用在濱海電站的凝汽器換熱管材上，根據美國“在含氯離子水中使用不銹鋼的導則”中介紹，適用于海水冷卻的管材除鈦材外，還有高性能奧氏體不銹鋼(如AL-6XN、254

7、SMO)和高性能鐵素體不銹鋼(如AL29-4C、SEA-CURE)。這些材料從耐腐蝕角度看均能在海水中運行。在美國，高性能奧氏體不銹鋼焊管從1973年開始在電站凝汽器最早得到應用，在1979年前基本上全部使用高性能奧氏體不銹鋼焊管。高性能鐵素體不銹鋼焊管從1979年開始在電站凝汽器得到應用，雖然在以后幾年里占的份額還不大，但增長的速度比較快。2000年以后高性能奧氏體不銹鋼焊管基本上不再使用，而使用高性能鐵素體不銹鋼焊管，從2003年開始在實際使用累計總量方面，高性能鐵素體不銹鋼焊管也超過高性能奧氏體不銹鋼焊管。鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼性能對比如下：彈性模量：高性能鐵素體不銹鋼比高性能奧氏體

8、不銹鋼略大，所以高性能鐵素體不銹鋼的抗震性能要比高性能奧氏體不銹鋼略強，可以用更薄的管壁而不產生振動，薄壁也更有利于傳熱。熱導率：高性能鐵素體不銹鋼比高性能奧氏體不銹鋼大一些，所以高性能鐵素體不銹鋼的傳熱性能要比高性能奧氏體不銹鋼要好。線膨脹系數：高性能鐵素體不銹鋼比高性能奧氏體不銹鋼更接近于碳鋼的線膨脹系數，所以高性能鐵素體不銹鋼由熱膨脹產生變形內應力較小，表面氧化膜因熱膨脹系數差別而引起的剝落或開裂傾向小，更適用于高溫循環氧化的環境。密度：高性能鐵素體不銹鋼比高性能奧氏體不銹鋼小，在相同體積的條件下，高性能鐵素體不銹鋼比高性能奧氏體不銹鋼重量要輕。這兩類高性能不銹鋼焊管對各種類型的腐蝕，如

9、氯點蝕、蒸汽沖蝕、應力腐蝕、海生物腐蝕等，均具有優異的耐腐蝕性能。所以兩類高性能不銹鋼焊管均可在濱海電站凝汽器上應用(包括污染海水)。通過具體的耐蝕試驗表明，高性能鐵素體不銹鋼(SEA-CUER.)與高性能奧氏體不銹鋼(AL-6XN)相比，具有更加優異的耐氯化物腐蝕、耐泥沙沖蝕的性能。超級鐵素體不銹鋼具有優異的綜合性能，而且已在美國等國家得到大量的使用，在國內具有較好的前景。四、不銹鋼焊管在不同行業換熱器上的應用分析超級鐵素體不銹鋼管在我國尚未投入使用，從使用情況上看，目前在美國主要為電廠凝汽器方面的應用，另外在化工廠換熱裝置上也有較多應用。作為一個國內新型替代產品，我們著重介紹在含氯離子水中

10、冷凝管如鈦管、銅合金管和其他類型不銹鋼管等類型換熱管材的使用情況：電廠凝汽器作為基礎能源行業，我國的電力工業在未來幾年仍會繼續處于增長期。從20032006年的國內裝機總容量來看，火電一直占到75%左右，見表1。a12003-2006年中國新增裝機審（單位：萬kW2003年2ikM年2IKJ5年哉堆it憶必,3000的2HMI972W317忒電1157們96”十豈五”期間1800tsno44*)6H從表2看，從“十一五”到“十三五”期間，我國總共將開工建設核電機組5044萬kW，每年將新開工建設336萬kW核電機組，近似于每年新增6臺600MW核電機組,3個600MWx2核電項目投入建設。長期

11、以來，電站凝汽器的換熱管以銅和銅合金管為首選材料，實踐表明在淡水和清潔海水中，銅合金呈現出優異的服役性能。但20世紀50年代末，由于石油、化工、造紙等行業的迅速發展，工業廢水、城市污水及有機物的大量排放，使江河水、河口處及城市周圍海灣的海水被嚴重污染，導致選用白銅(BFe30-1-1)管的濱海電站凝汽器的冷卻管相繼發生嚴重的腐蝕泄漏，不能滿足電站運行的要求。近年來，隨著不銹鋼管產量增加和管道焊接技術的成熟，不銹鋼管憑借壁薄、換熱面積大、強度高等特點，而成為銅管用做火力發電廠凝汽器材料的主要競爭對手。目前火力發電30萬Kw以上的新機組凝汽器已基本改用不銹鋼冷凝器管，在一些水質狀況較為惡劣的地區，

12、如采用海水進行冷卻的濱海地區，新建電廠基本上是選擇了造價高、一次性投資大的鈦管替代銅合金管。因核電站基本都建設在海邊，采用海水作為冷卻介質，目前基本都采用鈦管作為冷凝器管。石化行業石化行業大量使用熱交換裝置，如煉油工業中常減壓裝置、加氫裂化裝置中使用的熱交換管，海上石油平臺的熱交換器，水處理和供水系統、消防系統、噴水系統、穩水系統等，石化工業的聚氯乙烯熱交換器、氯乙烯裝置中的盤管式氧氯化反應器、甲醇合成反應器、物料流出物熱交換器、中壓閃蒸罐頂冷凝器、醋酸等有機酸（甲醛、甲酸）的生產裝置及管道等等，這些熱交換裝置和管道普遍使用不銹鋼管。石化行業生產上由于操作溫度范圍寬，低溫條件時可達零下196C

13、,高溫時可達500C以上；操作壓力有外壓、真空、常壓、中壓、高壓、超高壓（大干lOOMPa）；操作環境中介質復雜，如存在腐蝕性、磨損性、易燃、易爆、有毒等固態、氣態、液態以及各種混合介質氯化物、硫化物和其他鹽類等這些特殊情況，因此，石化行業在使用不銹鋼時，要求不銹鋼具有很強的耐腐蝕性能（包括抗氯化物、硫化物和其他鹽類腐蝕）和耐高溫與耐低溫性能。目前石化行業使用的多為奧氏體類不銹鋼，其中304牌號的不銹鋼板、管、鍛件用量最大，316、304L、316L板、管、鍛件用量較大，ASTM標準中的TP304H、TP347H、Super310S的鍋爐管、換熱器用量也在逐漸增大。此外，雙相不銹鋼由于具有特殊

14、的耐腐蝕性能，在石化行業中正迅速得到推廣與運用，其中雙相不銹鋼管用量逐漸增大。目前，不銹鋼焊管用量約為15000t。海水淡化近年來，中國淡水資源的狀況也不容樂觀，正常年份缺水量近400億m3左右。全國660多個城市中，有400多個城市缺水，其中108個為嚴重缺水城市。但是，中國有近2萬km的海岸線，海水資源豐富。為此，國家將海水淡化列入“當前優先發展的高技術產業化重點領域指南”，以應對淡水供應日益緊張的局勢，這促使海水淡化及其設備生產正日益成為一個熱門產業。2005年國家發展和改革委員會、國家海洋局、財政部聯合發布海水利用專項規劃提出發展目標。目前世界上常用的海水淡化方法包括蒸餾法、反滲透法、

15、電滲析法，而日處理量在3000t以上海水淡水技術一般采用蒸餾法，估計日處理量為1萬t的淡化設備中需要銅合金管300t左右作為冷凝器管，規格多為019mm、20mm、025mm、032mm,厚度在0.751.0mm。其中，多效閃蒸法(MED)所用的冷凝管是長度在18m左右的鎳白銅合金管;多級閃蒸法(MSF)所用的冷凝管是長度在34m和78m左右的鋁黃銅合金管。經過40多年的發展，中國已經成為繼美國、日本、韓國之后世界上少數幾個掌握海水淡化先進技術的國家之一，特別是在蒸餾法、反滲透法兩大技術領域擁有較為豐富工程實踐和技術經驗，目前也有一定基礎和規模。2003年中國利用海水作為電力、石油、化工等行業

16、的冷卻水用量達330億m3左右，已建成運行的海水淡化水產量約為3.1萬m3/日(苦咸水淡化水產量為2.8萬m3/日)，在建和待建的工程規模為38.1萬m3/日；2005年海水淡化的日產水量提高至1015萬t。要實現海水利用專項規劃提出的發展目標，按2010年目標估算，即80100萬t/日的海水淡水新增處理能力，今后幾年中國需要每年完成新增20萬t/日的淡水量，按其中50%采用蒸餾法，那么在海水淡化設備中需要每年約3000t銅合金冷凝管。目前，在發達國家，已經采用超級鐵素體不銹鋼管替代銅合金管作為冷凝器用管。船舶制造艦船及大型油輪用的冷凝器管材是銅合金管應用的又一重要領域。艦船用銅合金冷凝管主要

17、有BFe30-1-1、BFelO-1-1白銅管，HSn70-1錫黃銅管和HAI77-2鋁黃銅管。油輪作為原油運輸的重要工具，其功能是將原油由產地運送到具有煉油能力的另一地，由于原油黏度較高加之海上溫度有時很低，需將原油加熱以便于輸出，所以熱交換用管材就按照計算出的必要的換熱面積敷設于油艙的底部及四壁。由于在海上實現熱交換的介質多為海水，所以要求管材具有優異的耐海水腐蝕能力和較高的力學性能、工藝性能。此類管材大多采用鋁黃銅管，規格較大，特別是用于連接部分的管材，如常用加熱管規格為0(4244)1nlTIX2mmX6000mm,邊接管規格為0(2456)mmX6mmX6000mm。中國造船企業的技

18、術管理水平的提高、人力、原材料成本優勢和強有力的產業扶持政策使得全球造船業正加速向中國轉移。中國造船業在世界市場的份額也從最初的3%上升至目前的32%，造船產量年均增長率高達40%以上，見表4。大約有近20種銅及銅合金在艦船上得到應用，且用量有逐漸增加的趨勢。一般軍用和商用船上，銅及銅合金的用量可占到艦船自重的2%3%。其中，銅合金類冷凝管在目前中國造船工業中的用量最大，每年約為6萬t。近幾年來，隨著冶金技術的提高，造船工業采用的銅合金管正在被不銹鋼管替代。其他行業(1)汽車工業我國汽車行業正在蓬勃發展，從事不銹鋼開發應用的企業都十分重視汽車用不銹鋼，每輛汽車平均用不銹鋼在2430kg/臺，其

19、中有58kg是使用不銹鋼焊管，主要應用在三元凈化器和排氣管、空調機和水冷箱內。2008年，我國汽車產量960萬輛，消耗不銹鋼焊管量在50000t左右。電子儀表工業等電子、儀表、冶金等行業每年所需的不銹鋼管為5000t左右。飲料、酒類、食品、紡織、印染等輕工行業及醫療醫藥行業，用于設備制造和維修等，年消耗不銹鋼管30000t以上。其中不少不銹鋼管可以采用不銹鋼焊管。(3)供水行業近年來，我國的一些城市在水和煤氣等流體輸送方面也開始采用不銹鋼管。不銹鋼管道及輸水設備，是當今世界最先進的基礎性凈水材料，其防腐蝕性能強，鑄鐵管、碳鋼管、塑料管等都無法與其相比。日本采用不銹鋼管作為輸水管線以后，漏水從1

20、5%降低到7%左右，水質也得到了極大改善。武漢市投入巨資，廣泛采用不銹鋼管道和設備，在可能短的時間內，在新建高層住宅和寫字樓，采用不銹鋼管道供水。寧波、大慶等地部分居民的供水管道，也已開始采用不銹鋼管道。五、鐵素體不銹鋼焊管的分析超級鐵素體不銹鋼管與競爭材料的比較我們針對超級鐵素體不銹鋼管與競爭材料如鈦管、不銹鋼焊管317L、不銹鋼焊管316L、海軍銅合金管等進行對比，如表5所示。42003-2006申昌造船完工出加A2(MM年21)542(Mh6年blfiit拓丸工量（牙栽晝噸）S05H5512121452承建斷辯訂單1布我*噸）佶和1571(*)4251手持*5粕訂單（萬Ult*tJ|26

21、摯31593963M72出口金（億Jt無）31n4k6KL13Hi國海水列用發議目標半笹海術直梶斛閘量對解決沿海地區蛭卡的冑就辜（味萬mVU億ILrn7a2DI02.6-3316*2420251衍艮卅丹|(HMI26-37as與競命劇料対比i不應-riit+it*aA-tut電恂i慕&t）.ifr(序吃i45111NJK5S44(*itH7I77171:1-IMEkBI77K.4316102vs(771711殆埔HUM4肋*11*jHJIJ處Tk5,wlifeM72212勺覘貳駅恢希骨婀if營15F計i7.7170期LM*iS(TitJM2以600MW機組為例，預計需要采用鈦管80t，同等冷卻

22、面積下比較如下:從表5看，超級鐵素體不銹鋼管作為冷凝管相對于鈦管有比較大的價格優勢，在同等性能條件下可以得到用戶的認可。目前的鈦管凝汽器市場可以作為超級鐵素體不銹鋼焊管的目標市場進行替代。雖然超級鐵素體不銹鋼管較317L不銹鋼管價格略高，但耐氯離子等應力腐蝕性能上的優勢可以抵消這部分價格因素，可以作為潛在的替代市場。在海水淡化和船舶制造等清潔海水中使用的冷凝管從慣例上依舊是銅合金管市場，但由于銅價持續上漲，由2000年的1.5萬元/t漲至現在的7萬元/t,在性價比上與不銹鋼管相比已經不具有競爭力，可以預計在不遠將來，不銹鋼管將在海水淡化和船舶制造領域逐步替代銅管，海水淡化領域和船舶制造領域將是

23、超級鐵素體和雙相不銹鋼管的未來巨大潛在市場。超級鐵素體不銹鋼焊管應用前景從市場情況上看，超級鐵素體不銹鋼管在我國的使用剛剛開始，從美國的使用情況上看，超級鐵素體不銹鋼焊管使用較多的為電廠凝汽器方面，另外在化工換熱裝置上也有較多應用。我國目前在濱海電站和核電站凝汽器的換熱管材上多使用鈦管，石化行業換熱裝置在采用海水作為冷卻介質或者在含氯離子較高工作環境下，也多使用鈦管，這兩個領域可以采用超級鐵素體不銹鋼管進行替代，作為其現在顯見的目標市場。在海水淡化和船舶制造領域，采用海水作為冷凝介質，而且冷凝管數量較大，可作為超級鐵素體不銹鋼管的潛在市場。對于汽車制造和電子儀表、冶金、紡織、印染等領域，也可作

24、為潛在市場，對于其他領域，比如化肥工業雖然對不銹鋼管需求量很大，但是對高性能不銹鋼管要求的規格雜、鋼種多；批量小，可以進行替代的可能性較小。供水行業采用不銹鋼管雖然可能產生很大的用量，但是普通304鋼管即可滿足要求，受到價格的影響，無須采用高性能的超級鐵素體不銹鋼管。(1)海邊新建電廠凝汽器用冷凝器管按照沿海省份的十一五電力規劃和遠期規劃，每年大約有10個600MWX2的海邊火電廠項目進行建設。這些電廠按目前的凝汽器設計和選材要求，基本上都采用鈦管作為冷凝器管材，以每臺600MW火電機組的凝汽器用鈦管80t計算，約需要鈦管1600t/a。若使用超級鐵素體不銹鋼管，每臺600MW火電機組凝汽器需

25、要140t，總計需要2800t/a。每年將有6臺600MW的核電機組進入建設期，所有核電項目均建設在海邊，需要大量海水作為冷凝介質，在凝汽器上基本都使用鈦管作為換熱管材，以每臺600MW機組需用鈦管80t計算，每年約需鈦管480t。若改用超級鐵素體不銹鋼管；約需要840t/a。以上火電廠用和核電廠用凝汽器用鈦管總量約為每年2080t，若換成使用超級鐵素體不銹鋼管，將需要3640t/a。(鈦管以025x0.5計，超級鐵素體不銹鋼管以025X0.6計)。(2)現有海邊電廠凝汽器改造雖國內已建成海邊電廠的凝汽器均采用鈦管作為冷凝管，但因90年代國內引進了部分國外機組采用原有設計，采用銅管作為冷凝管，

26、在目前海水受污染情況下，防腐蝕性能已經不能達到要求，頻繁出現泄露，影響了機組的正常運行。因此這部分電廠對于凝汽器改造的要求十分迫切，如營口電廠、綏中電廠等。另外因國家對地下水、水庫水等清潔水源使用的控制，部分內地靠海的電廠也將改用海水作為冷卻水源，還有部分內地的電廠改用城市中水作為冷卻水源，這些電廠都將改變凝汽器用管，產生一定的市場需求。總體估計每年約有300萬kW機組進行這方面改造，產生超級鐵素體不銹鋼管年需求700t。化工行業換熱管石化行業每年使用的不銹鋼焊管約5000t,其中有30%都用在熱交換器上，預計有40%采用高性能不銹鋼管，另外氯堿行業每年使用鈦管1000t，主要在含氯離子的換熱裝置中使用。這兩部分冷凝管若用超級鐵素體不銹鋼替代，將需要3700t/a。從以上看，每年超級鐵素體不銹鋼管在新建電廠凝汽器和老電凝汽器改造使用管材上的需求量約為40t/a，化學行業總需求量約為3700t/a，競爭產品主要為鈦管。潛在市場從超級鐵素體不銹鋼管的