前言:眾所周知,2022年3月頻上熱搜的大宗商品當屬是鎳,倫鎳驚現“五連破” 震撼全球國際金融市場,其產業鏈及供需備受關注且成為市場追捧的熱點話題。鎳產業鏈品種多而雜,團隊深耕於鎳產業鏈各環節調研,及時獲取產業上最真實的數據信息,對此整理撰寫題為《鎳產業鏈之各品種詳解》專題係列,為更好服務於廣大客戶群體,以便進一步了解鎳產業鏈各品種。
本文則是對鎳產業鏈中下遊不鏽鋼展開全麵介紹,全文將圍繞不鏽鋼定義、不鏽鋼分類、冶煉工藝、產能及分布、不鏽鋼應用五大章節展開詳細討論,可供近期及長期密切關注鎳及不鏽鋼行業的社會各界人士參考。
一、不鏽鋼的定義
我國鋼鐵行業中普碳鋼和特殊鋼並存,特鋼區別於普鋼,具有更高的強度和韌性、物理性能、化學性能、生物相容性和工藝性能,應用領域更廣泛。而不鏽鋼作為特鋼的重要分支,其應用領域相對更特殊,性能要求更高。
從不鏽鋼的定義來看,不鏽鋼是指在空氣、水、酸堿鹽或者其他腐蝕介質中具有一定化學穩定性的鋼的總稱。不鏽鋼具有良好的耐腐蝕性能是由於在鋼基體中加入鉻所致,並通過加入鎳、鉬等元素進一步提高耐腐蝕性能和改善加工使用性能。
二、不鏽鋼的分類及特點
不鏽鋼常按組織狀態分為:馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體(雙相)不鏽鋼及沉澱硬化不鏽鋼等。另外,可按成分分為鉻不鏽鋼、鉻鎳不鏽鋼和鉻錳氮不鏽鋼等。
1、鐵素體不鏽鋼
一般含鉻15%~30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高,耐氯化物應力腐蝕性能優於其他種類不鏽鋼,屬於這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不鏽鋼因為含鉻量高,耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好,但機械性能與工藝性能較差,多用於受力不大的耐酸結構及抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕,並具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹係數小等特點,用於硝酸及食品工廠設備,也可製作在高溫下工作的零件,如燃氣輪機零件等。
2、奧氏體不鏽鋼
一般含鉻大於18%,還含有8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好,可耐多種介質腐蝕。奧氏體不鏽鋼的常用牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。這類鋼中含有大量的鎳和鉻,使鋼在室溫下呈奧氏體狀態。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性、耐蝕性能和無磁或弱磁性,在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好,用來製作耐酸設備,如耐蝕容器及設備襯裏、輸送管道、耐硝酸的設備零件等,另外還可用作不鏽鋼鍾表飾品的主體材料。奧氏體不鏽鋼一般采用固溶處理,即將鋼加熱至1050~1150℃,然後水冷或風冷,以獲得單相奧氏體組織。
3、奧氏體-鐵素體雙相不鏽鋼
兼有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的優點,並具有超塑性。奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不鏽鋼。在含碳量較低的情況下,鉻含量在18%~28%,鎳含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的特點,與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不鏽鋼的475℃脆性以及導熱係數高,具有超塑性等特點。與奧氏體不鏽鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不鏽鋼具有優良的耐孔蝕性能,也是一種節鎳不鏽鋼。
4、沉澱硬化不鏽鋼
基體為奧氏體或馬氏體組織,沉澱硬化不鏽鋼的常用牌號有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通過沉澱硬化(又稱時效硬化)處理使其硬化的不鏽鋼。
5、馬氏體不鏽鋼
強度高,但塑性和可焊性較差。馬氏體不鏽鋼的常用牌號有1Cr13、3Cr13等,因含碳較高,故具有較高的強度、硬度和耐磨性,但耐蝕性稍差,用於力學性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上,如彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥等。這類鋼是在淬火、回火處理後使用的,鍛造、衝壓後需退火。
三、中國不鏽鋼行業格局特征
我國不鏽鋼行業發展大體分為兩個階段,第一個階段是以國營大廠為主導,開創了不鏽鋼曆史上的數個第一,期間不鏽鋼產業獲得了快速發展,在國家引導之下積極建設不鏽鋼生產基地,不鏽鋼產量獲得大幅增長。第二個階段,則是民營巨頭崛起,國內民營無縫宅男在线小视频鋼管廠家不鏽鋼粗鋼產能占據國內產能超50%,開啟了不鏽鋼行業新篇章。
另一方麵,產能與產量的增長,必定離不開設備與技術的更迭。在國內產能與產量增幅逐漸放緩後,越來越多的企業看好印尼鎳礦的原料優勢,紛紛走出去,在印尼建設鎳鐵產線與不鏽鋼無縫宅男在线小视频鋼管廠家。總結來看,我國不鏽鋼行業格局呈現出了以下特征:
隨著中國不鏽鋼工業的發展,以及不斷增加的需求,不鏽鋼生產企業也打破了南有寶鋼、北有太鋼兩大國營企業的格局,一批新型的民營不鏽鋼生產企業拔地而起。由於民營企業機製的靈活性,以及創新發展快於傳統國營企業,更能夠滿足市場需求,已成為中國不鏽鋼市場的不可忽視的力量。
中國主要不鏽鋼生產基地產能占比
從以上主流生產基地的無縫宅男在线小视频鋼管廠家分布可知,在我國福建、兩廣、江蘇、山東、山西等地,不鏽鋼產能較為集中,煉鋼產能較大,前五大生產基地無縫宅男在线小视频鋼管廠家的產能占比高達77%,且其中民營無縫宅男在线小视频鋼管廠家占據了半壁江山。
一帶一路倡議下,中國企業紛紛布局海外
2013 年中國提出“一帶一路”合作倡議,2014年印尼實施鎳礦出口禁令,在以上政策的“刺激”下,中國不鏽鋼企業走出去的步伐開始加快,大批國內企業去印尼建設鎳鐵廠和不鏽無縫宅男在线小视频鋼管廠家。截至2021年,印尼建成不鏽鋼粗鋼產能550萬噸。另考慮新興鑄管、印尼金川、印尼義聯、印尼新華聯、力勤等一批鎳鐵生產企業產業鏈延伸帶來的不鏽鋼潛在新增產能,未來印尼將是全球不鏽鋼產量增長的另一生力軍。
四、不鏽鋼主要冶煉工藝
目前生產不鏽鋼的冶煉工藝主要分為一步法、二步法和三步法。
4.1一步法冶煉工藝
早期的一步法不鏽鋼冶煉工藝是指在一座電爐內完成廢鋼熔化、脫碳、還原和精煉等工序,將爐料一步冶煉成不鏽鋼。這種僅用電爐冶煉不鏽鋼的一步法冶煉生產工藝,由於冶煉周期長,作業率低,生產成本高,被逐步淘汰。隨著爐外精煉工藝的不斷發展以及AOD 爐的廣泛應用,目前很多不鏽鋼生產企業采用部分低磷或脫磷鐵水代替廢鋼,將鐵水和合金作為原料進入AOD爐進行不鏽鋼的冶煉,由此形成了新型一步法冶煉工藝。
新型一步法冶煉工藝與早期一步法相比在生產流程上取消了電爐這一冶煉環節,其優點包括:一是降低投資;二是降低生產成本;三是高爐鐵水冶煉降低了配料成本,降低了能耗,提高了鋼水純淨度;四是廢鋼比低,適應現有的廢鋼市場;五是對於冶煉400係列不鏽鋼尤為經濟。
但新型一步法對原料條件和產品方案具有一定要求:一是要求AOD入爐鐵水磷含量低於0.03%以下,因此冶煉流程中須增加鐵水脫磷處理環節;二是新型一步法中合金作為原料加入了AOD爐中,而AOD 爐中加入的高碳合金量過大會影響整個冶煉過程的熱平衡,不適用於成分複雜、合金含量高的不鏽鋼品種。
新型一步法不鏽鋼生產工藝目前被廣泛應用於生產400係列不鏽鋼。作為發展中國家,中國廢鋼資源缺乏,又是極度貧鎳的國家,加之400係列不鏽鋼在日常生活和工業生產領域的應用範圍越來越廣,這些客觀條件使得新型一步法不鏽鋼冶煉被越來越多的生產企業采用。
4.2 二步法冶煉工藝
二步法工藝路線為EAF→AOD、EAF→VOD(電弧爐→VOD真空精煉爐)。EAF→AOD工藝的產能約占世界不鏽鋼產能的70%左右,其中EAF爐主要用於熔化廢鋼和合金原料,生產不鏽鋼預熔體,不鏽鋼預熔體再進入到AOD爐中冶煉成合格的不鏽鋼鋼水。
二步法工藝若電爐入爐原料磷含量較高,則需在電爐和AOD 爐間加入不鏽鋼預熔體脫磷的環節。目前較常采用的預熔體脫磷工藝有轉爐脫磷和鐵水罐頂噴脫磷。兩步法采用高爐鐵水作為不鏽鋼冶煉主原料時,若高爐磷含量高,則也需要加入脫磷的環節。
二步法不鏽鋼冶煉工藝被廣泛應用於生產各係列不鏽鋼,其優點包括:電爐對原材料要求不高,生產周期相對於一步法工藝稍短,靈活性好,可生產除了超低碳、氮不鏽鋼外95%的不鏽鋼品種。
但二步法在介質消耗、品種方案等方麵仍須注意以下三點:一是近年來隨著冶煉工藝的進步和操作水平的提高,兩步法冶煉工藝的氬氣等介質消耗量明顯減少,但相比一步法和三步法其氬氣等介質消耗仍稍大;二是AOD爐脫碳到終點時,鋼水中氧含量較高,須加入矽鐵還原鋼水中的氧,因此矽鐵耗量高;三是目前還不能用於生產超低碳、氮不鏽鋼,且鋼中含氣量較高。
4.3三步法冶煉工藝
三步法的基本工藝流程為:初煉爐→複吹轉爐/AOD爐→真空精煉裝置。三步法是冶煉不鏽鋼的先進方法,產品質量好,適用於專業化的生產廠家,也適用於聯合鋼鐵企業的不鏽鋼生產。
不鏽鋼三步法是在二步法的基礎上增加了深脫碳的環節,其冶煉工藝優點為:一是各環節分工明確,生產節奏快,操作優化;二是產品質量高,氮、氫、氧和夾雜物含量低,可生產的品種範圍廣;三是可采用鐵水冶煉,對原料的要求也不高,原料選擇靈活。
不過,三步法不鏽鋼冶煉工藝將冶金功能分步實現,對生產投資會產生以下影響:一是增加了工藝環節,投資和生產成本較高;二是真空裝備係統複雜,維護量大。
目前世界上生產不鏽鋼的冶煉工藝主要還是采用二步法和三步法,其中EAF+AOD 或EAF+VOD 的兩步法工藝應用最為廣泛,約占70%,三步法工藝約占20%。隨著低磷鐵水被廣泛應用於不鏽鋼生產,新型一步法不鏽鋼冶煉工藝也被越來越多的不鏽鋼生產企業采用。為適應不鏽鋼市場的激烈競爭,提高產品質量同時也降低生產成本,我國各企業根據自身的實際情況選擇合適的不鏽鋼冶煉工藝。
4.4RKEF+AOD雙聯法冶煉工藝
青山集團2010年率先在福建鼎信建設並投產了國內第一條RKEF生產線。以RKEF(回轉窯+電爐)工藝,利用含鎳富鐵的氧化鎳礦生產含鎳生鐵(鎳鐵),比一般的傳統工藝(燒結+電爐)具有顯著的優勢。整個生產工藝是全封閉式的,其能量損耗和粉塵排放是最低的。每噸鐵在生產過程中的電能消耗降低了1500度,粉塵排放降低80%。
青山集團將鎳鐵生產和不鏽鋼冶煉工藝打通,獨創了一套RKEF+AOD雙聯法不鏽鋼冶煉工藝,青山集團在國內率先利用該工藝技術,以紅土鎳礦為主原料冶煉不鏽鋼,從紅土鎳礦→冶煉→連鑄→熱軋不鏽鋼帶,鎳鐵水不經過冷卻,直接熱送到AOD煉鋼爐,兩次熱裝熱送,改變了不鏽鋼生產的傳統模式,節約了大量的能量,大幅提高了不鏽鋼的煉鋼速度,減少了原料的損耗,產生了極大的經濟效益。實現了不鏽鋼連續化一體化生產的曆史性突破,大幅減少汙染物排放,噸鋼能耗約減少50%,該項技術於2014年獲得國家發明專利,屬於世界首創。
五、不鏽鋼應用情況
200係不鏽鋼應用
300係不鏽鋼應用
400係不鏽鋼應用
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