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在第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會上，酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司不銹鋼研究所劉天增發(fā)表了關(guān)于酒鋼高溫熔鹽儲罐用鋼及下一代研發(fā)進(jìn)展的主題報(bào)告，系統(tǒng)介紹了酒鋼在該領(lǐng)域的技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。

圖：劉天增

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多元化鋼鐵巨頭的技術(shù)積淀

酒鋼始建于1958年，作為西北地區(qū)建設(shè)最早、規(guī)模最大的多元化國有全資企業(yè)集團(tuán)，已形成鋼鐵、有色、電力能源等六大產(chǎn)業(yè)板塊。其下屬宏興鋼鐵股份公司擁有嘉峪關(guān)本部、蘭州榆中兩大生產(chǎn)基地，具備年產(chǎn)粗鋼1105萬噸（含不銹鋼120萬噸）的能力，2000年在上海證券交易所上市。

在不銹鋼領(lǐng)域，酒鋼不銹鋼分公司是國內(nèi)第三家擁有從煉鋼、熱軋到冷軋完整配套的全流程不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)已形成120萬噸板坯、110萬噸熱軋黑卷、100萬噸不銹鋼熱軋酸洗產(chǎn)品、60萬噸不銹鋼冷軋酸洗產(chǎn)品和15萬噸不銹鋼中厚板產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。產(chǎn)品通過歐盟PED4.3認(rèn)證并取得中國、挪威、德國、法國、英國船級社生產(chǎn)資質(zhì)，成為中核、中石油、中石化、中海油一級合格供應(yīng)商。

酒鋼不銹鋼產(chǎn)品覆蓋鐵素體、馬氏體、雙相鋼、奧氏體四大系列，應(yīng)用場景廣泛：430鐵素體不銹鋼成為宜家餐廚具專供產(chǎn)品，此外還長期穩(wěn)定供貨于小天鵝、海爾、老板、美的等知名品牌家電制造；奧氏體不銹鋼方面，酒鋼347H產(chǎn)品在600℃/120h硝酸熔鹽中比國外同類產(chǎn)品具有更低的腐蝕速率，廣泛用于電站、鍋爐、爐窯、化工等行業(yè)領(lǐng)域；雙相鋼2205全面供應(yīng)白鶴灘水電站，超級雙相2507具備全規(guī)格生產(chǎn)能力，屬于國內(nèi)領(lǐng)先水平；核用不銹鋼方面，QA1級核電不銹鋼材料供貨量達(dá)1.5萬噸，特別是酒鋼研發(fā)的第四代鈉冷快堆用316H不銹鋼已應(yīng)用于國家重點(diǎn)工程福建霞浦600MW示范快堆項(xiàng)目，破解了“卡脖子”難題。

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酒鋼347H不銹鋼：熔鹽儲罐用鋼的標(biāo)桿產(chǎn)品

劉天增重點(diǎn)闡述了酒鋼347H奧氏體耐熱不銹鋼的研發(fā)與應(yīng)用成果。該產(chǎn)品嚴(yán)格遵循ASTM A240標(biāo)準(zhǔn)，通過優(yōu)化成分控制，將硫含量降至0.001%以下。對比分析國外夾雜物類型及數(shù)量，酒鋼夾雜物控制較國外產(chǎn)品更優(yōu)。

在性能表現(xiàn)上，酒鋼347H產(chǎn)品展現(xiàn)出卓越的力學(xué)性能：室溫下抗拉強(qiáng)度達(dá)608MPa，屈服強(qiáng)度265MPa，斷后伸長率52%；593℃高溫環(huán)境下，屈服強(qiáng)度146.5MPa、抗拉強(qiáng)度385MPa，遠(yuǎn)超行業(yè)137MPa和280MPa的要求。

高溫蠕變性能方面，與北京科技大學(xué)合作的蠕變試驗(yàn)顯示，593℃時(shí)母材蠕變極限74MPa，焊縫71MPa，意味著酒鋼產(chǎn)品滿足可長期在565℃（熱）范圍內(nèi)穩(wěn)定使用，同時(shí)具備最低不小于70MPa應(yīng)力水平行業(yè)要求條件。

圖：酒鋼347H室溫力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)要求

圖：酒鋼347H高溫力學(xué)性能要求

高溫持久性能是材料選用及零部件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，由于光熱熔鹽儲罐的設(shè)計(jì)壽命一般為10萬小時(shí)以上，在這種情況下，等得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行設(shè)計(jì)是不現(xiàn)實(shí)的。因此，工程中一般采用加速實(shí)驗(yàn)的方法。

測試結(jié)果顯示，溫度為593℃時(shí)，焊縫的m值較低，表明焊縫在蠕變過程中蠕變損傷的積累較少，從而具有較高的蠕變強(qiáng)度和延展。通過數(shù)據(jù)擬合，采用外推法確定了593-693℃下的持久強(qiáng)度。593℃時(shí)，在10? h時(shí)間內(nèi)，母材的持久強(qiáng)度為147.3Mpa，持久強(qiáng)度隨溫度升高而下降。593℃時(shí)，焊縫的持久強(qiáng)度為更高，而隨著溫度的升高，焊縫的持久強(qiáng)度下降更快，693℃時(shí)，持久強(qiáng)度低于母材。

表：持久壽命-施加應(yīng)力擬合數(shù)據(jù)

周疲勞性能方面，通過國合通測檢測的低周疲勞性能顯示，最大應(yīng)變?yōu)?.20%的酒鋼347H樣品可承受166087次循環(huán)測試，為儲罐設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

光熱發(fā)電/熔鹽儲熱領(lǐng)域最關(guān)注的熔鹽腐蝕性能則是酒鋼347H產(chǎn)品的核心優(yōu)勢，測試結(jié)果顯示，其在565℃硝酸熔鹽環(huán)境中，1000小時(shí)腐蝕速率低于0.01mm/a，優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

圖：酒鋼347H產(chǎn)品熔鹽腐蝕性能測試

目前，酒鋼347H產(chǎn)品已成功應(yīng)用于玉門新奧“光熱儲能+光伏+風(fēng)電”項(xiàng)目等10余個(gè)重點(diǎn)工程，累計(jì)供貨超6180噸。

其中，中核玉門熔鹽儲罐項(xiàng)目于2024年6月投入使用并成功并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著國產(chǎn)熔鹽儲罐用鋼的成熟應(yīng)用。

圖：酒鋼供貨的中核玉門熔鹽儲罐

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下一代熔鹽儲罐用鋼：高鋁310S的技術(shù)突破

面對第三代光熱電站對550-750℃高溫儲熱介質(zhì)的需求，劉天增透露了酒鋼的相關(guān)研發(fā)進(jìn)展，主要研發(fā)方向?yàn)椋?、材料改進(jìn)，如合金優(yōu)化和表面防護(hù)；2、凈化熔鹽、加Mg作為緩蝕劑等。

針對現(xiàn)有316L、310S不銹鋼在氯鹽環(huán)境中腐蝕速率過高（分別達(dá)1.5-2.5mm/a和0.8-1.2mm/a）的問題，酒鋼通過添加Al元素改性，成功開發(fā)出高鋁改性310S不銹鋼。

研究表明，鋁元素的加入可顯著改善耐蝕性：2.0Al型號在700℃氯鹽（NaCl-KCl-MgCl?）中，年腐蝕速率降至0.206mm/a，較低鋁型號（0.289mm/a）降低28.7%。其核心機(jī)制是形成致密Al2O3保護(hù)層及Ni?Al界面層，有效阻擋腐蝕介質(zhì)侵入。

圖：含Al的310S不銹鋼在700℃氯鹽中的年腐蝕速率：

(a)總圖(b)現(xiàn)場生產(chǎn)低鋁(c)0.5Al(d)2.0Al

在力學(xué)性能方面，高鋁310S呈現(xiàn)強(qiáng)度與塑性的平衡：2Al樣品強(qiáng)度高于0.5Al型號，且在700℃時(shí)延伸率顯著提升。微觀組織分析顯示，隨鋁含量增加，奧氏體基體中析出相增多，鐵素體含量上升，形成強(qiáng)化機(jī)制。

劉天增表示，酒鋼未來將持續(xù)推進(jìn)合金優(yōu)化與表面防護(hù)技術(shù)研發(fā)，致力于為第三代光熱電站提供更高性能、更低成本的儲熱用鋼解決方案，助力全球新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

注：如需進(jìn)一步了解酒鋼產(chǎn)品或洽談合作，可與CSPPLAZA工作人員聯(lián)系13261472218（微信同號）。