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首鋼“低合金耐蝕鋼”讓熱力管網煥新升級
【摘要】近日，首鋼熱力管網用低合金耐蝕鋼成功應用于北京市豐臺區(qū)蒲黃榆地區(qū)熱力管網一次線改造工程，全面貫通了新型鋼材在熱力管網系統(tǒng)應用的關鍵技術和工程節(jié)點，實現(xiàn)了低合金耐蝕鋼、配套焊接材料、焊接技術及防腐技術在熱力管網系統(tǒng)的首次示范性應用。
近日，首鋼熱力管網用低合金耐蝕鋼成功應用于北京市豐臺區(qū)蒲黃榆地區(qū)熱力管網一次線改造工程，全面貫通了新型鋼材在熱力管網系統(tǒng)應用的關鍵技術和工程節(jié)點，實現(xiàn)了低合金耐蝕鋼、配套焊接材料、焊接技術及防腐技術在熱力管網系統(tǒng)的首次示范性應用。
我國擁有世界上最大的集中供熱體系，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。供熱管網的建設高峰出現(xiàn)在20世紀80-90年代，受限于當時的技術水平，管網基礎材料主要采用傳統(tǒng)碳素鋼Q235B，設計壽命30年，目前正集中進入“老齡化”階段。老舊管網銹蝕引發(fā)的泄漏、爆管等安全事故呈逐年遞增態(tài)勢，熱網事故占供熱系統(tǒng)事故總量的50%-60%，因此消除老舊管網安全隱患已成為迫在眉睫的民生焦點。
研究發(fā)現(xiàn)，熱力管網經受長期、連續(xù)的高溫流動介質腐蝕，即使管網用水經過除氧處理，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在遠低于設計壽命的服役時間內便會出現(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)行設計標準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)和應用。因此，有必要將一種兼顧機械性能和耐蝕性能的新型鋼材納入標準體系，為供熱系統(tǒng)提供更優(yōu)質的基礎材料。
為了解決熱力管網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，從基礎材料源頭推動管網實現(xiàn)升級。為此，首鋼技術研究院協(xié)同股份營銷中心、京唐制造部等單位組建產銷研團隊，同時依托北京市總工會平臺，充分發(fā)揮技術研究院劉宏創(chuàng)新工作室與豐臺供暖所張春巖創(chuàng)新工作室聯(lián)盟作用，開展熱力管網用低合金耐蝕鋼研發(fā)和應用推廣工作。在材料研發(fā)過程中，首鋼研發(fā)團隊根據管網服役環(huán)境搭建流動介質循環(huán)腐蝕實驗裝置，建立加速試驗方法，在此基礎上設計出耐蝕性顯著提升、成本可控且易于生產的鋼材化學成分，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，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，需要進行工業(yè)冶煉和無縫管軋制，鑒于示范應用階段彎頭用量較小的實際情況，團隊通過走訪下游加工企業(yè)，最終確定采用鋼板“沖壓-對焊”的彎頭加工方式，實現(xiàn)了低合金耐蝕鋼螺旋直管和配件的整體供應。其次，針對新-舊管網不同材料連接引起的焊縫力學性能降低和選擇性腐蝕的瓶頸問題，創(chuàng)新開發(fā)了碳素鋼管端預制金屬涂層防腐協(xié)同異種鋼材焊接工藝的關鍵技術，可顯著延緩碳素鋼管端的選擇性腐蝕，實現(xiàn)新-舊管網連接處的耐蝕性匹配。同時，使焊接接頭處化學成分的階躍變化轉變?yōu)橹鸩竭^渡，顯著提升焊接接頭處的力學性能。
首鋼特色低合金耐蝕鋼+配套焊接及防腐技術的一體化應用解決方案攻克了熱力管網性能升級的一系列關鍵難題，實現(xiàn)管網預測壽命提升1倍。熱力管網用低合金耐蝕鋼的示范應用是首鋼解決民生領域技術難題，探索材料創(chuàng)新的生動實踐，為老舊熱力管網改造升級提供了優(yōu)質高效的首鋼方案。
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