李天寶，曹亞楠，李懷洲，楊 波

（1.中國特鋼企業(yè)協(xié)會不銹鋼分會，北京 100711；2.中興能源裝備有限公司，江蘇 南通 226126；3.首都航天機械有限公司，北京 100076；4.廈門象嶼集團有限公司，福建 廈門 361000）

4.1 典型鐵素體不銹鋼水管

根據(jù)鐵素體的性能特點，在家裝給水管道中推薦使用的鐵素體不銹鋼牌號主要有：00Cr18Mo2Ti、00Cr22Mo1Nb（Ti）、00Cr22Mo2Ti（Nb）、019Cr24Mo-2NbTi，現(xiàn)重點從化學成分、力學性能、耐腐蝕性能、焊接性能介質(zhì)等方面介紹各鋼種的性能，便于與奧氏體不銹鋼如304（0Cr18Ni9）、316（0Cr17Ni12-Mo2）鋼等進行對比[8］，用以說明在城市建筑和住宅中選用鐵素體不銹鋼等更合理。

4.1.1 高純00Cr18Mo2Ti

（1）化學成分。高純00Cr18Mo2Ti鋼的化學成分見表4。

表4 00Cr18Mo2Ti鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)） %

（2）力學性能。高純00Cr18Mo2Ti鋼的室溫力學性能見表5。

表5 00Cr18Mo2Ti鋼的室溫力學性能

（3）耐點蝕性能。00Cr18Mo2Ti的耐點蝕性能大體上與0Cr17Ni12Mo2相當，在5%FeCl3+0.05 mol/L HCl溶液中進行點蝕試驗，其腐蝕速率與溶液溫度的關(guān)系如圖7所示，其點蝕電位與0Cr17Ni12Mo2相當。

圖7 00Cr18Mo2Ti的耐點蝕性能

（4）耐應力腐蝕性能。00Cr18Mo2Ti的耐應力腐蝕性能優(yōu)于0Cr17Ni12Mo2不銹鋼。00Cr18-Mo2Ti在沸騰42%MgCl2溶液中的耐應力腐蝕性能見表6。

表6 00Cr18Mo2Ti的耐應力腐蝕（SCC）性能

（5）焊接性能。00Cr18Mo2Ti可采用焊接不銹鋼的常規(guī)方法進行焊接，焊態(tài)的耐蝕性與母材相當，適用于家裝給水管道。

4.1.2 00Cr22Mo1Nb（Ti）

00Cr22Mo1Nb（Ti）是一種Cr含量不低于21%，Mo含量約1%的鐵素體不銹鋼，其耐蝕性能介于0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2鋼之間；對應力腐蝕不敏感，是一種在氯的水溶液中取代316L（00Cr17Ni-14Mo2）不銹鋼的價廉材料。

（1）化學成分。00Cr22Mo1Nb（Ti）鋼的化學成分見表7。

表7 00Cr22Mo1Nb（Ti）鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）%

（2）力學性能。00Cr22Mo1Nb（Ti）退火鋼板（850℃保溫5 min，空冷）的室溫力學性能見表8。該鋼的強度和塑性均較高，伸長率在40%以上，各向異性不明顯。此外，還具有良好的室溫沖擊韌性，良好的冷成形性，各向異性不明顯。

表8 00Cr22Mo1Nb（Ti）的室溫力學性能

（3）耐蝕性。在經(jīng)870℃保溫10 min空冷處理的4 mm厚熱軋鋼板上取電化學試樣，測定其點蝕電位，不同鉬含量Cr22Ti鐵素體不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的點蝕電位如圖8所示。在10%FeCl3·6H2O溶液中，00Cr22Mo1Nb（Ti）、00Cr22Mo1.5Ti、00Cr22Mo2.5Ti和00Cr17Ni12Mo2鋼的耐點蝕性能（腐蝕率）如圖9所示。采用2 mm×10 mm×120 mm（經(jīng)870℃保溫10 min，空冷）O型樣，在沸騰CaCl2和沸騰26%NaCl溶液中進行耐應力腐蝕破裂試驗，結(jié)果表明，00Cr22Mo1Nb（Ti）具有優(yōu)異的耐應力腐蝕破裂性能。00Cr22Mo1Ti，00Cr22Mo2Ti，0Cr17Ni12Mo2鋼在氯化物溶液中的耐應力腐蝕破裂性能見表9。

表9 00Cr22Mo1Nb（Ti）等鋼的耐應力腐蝕破裂性能

圖8 不同Mo含量Cr22Ti鐵素體不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的點蝕電位

圖9 在10%FeCl3·6H2O溶液中00Cr22Mo1Ti等鋼的耐點蝕性能

（4）焊接性能。00Cr22Mo1Nb（Ti）冷軋退火鋼板具有良好的焊接性能，可采用焊接不銹鋼常用方法進行焊接，焊前不需預熱，焊后力學性能見表10，伸長率不低于母材，其他性能與母材相近。00Cr22Mo1Nb（Ti）鋼適用于家裝給水管道。

表10 00Cr22Mo1Nb（Ti）冷軋退火鋼板焊后性能①

4.1.3 00Cr22Mo2Ti（Nb）

00Cr22Mo2Ti（Nb）是一個耐點蝕性、耐應力腐蝕性優(yōu)于0Cr17Ni12Mo2的鋼種，其退火態(tài)在氯化物水溶液中對應力腐蝕幾乎是免疫的。

（1）化學成分。00Cr22Mo2Ti（Nb）鋼的化學成分見表11。00Cr22Mo2Ti（Nb）可采用Nb、Ti單穩(wěn)定化，亦可采用Nb+Ti雙穩(wěn)定化，采用Nb穩(wěn)定化時鋼材具有最好的韌性，而采用Ti穩(wěn)定化時鋼材的韌性最差。Nb+Ti雙穩(wěn)定化時鋼材的韌性居中，Ti對焊后的韌性有利，故通常采用Nb+Ti雙穩(wěn)定化措施，既保證鋼的韌性，又可以使焊后韌性不至于明顯降低。

表11 00Cr22Mo2T（iNb）鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）%

（2）力學性能。00Cr22Mo2Ti（Nb）鋼的室溫力學性能見表12。00Cr22Mo2Ti（Nb）冷軋退火板有優(yōu)良的冷成型性能。

表12 00Cr22Mo2Ti（Nb）鋼的室溫力學性能

（3）耐蝕性。00Cr22Mo2Ti（Nb）鋼在加速噴霧試驗（在室溫海水中噴霧→60℃干燥30 min→在50℃，100%RH濕潤30 min）中，其耐蝕性能遠優(yōu)于0Cr18Ni9鋼，明顯優(yōu)于0Cr17Ni12Mo2鋼，如圖10所示。這些數(shù)據(jù)表明，00Cr22Mo2Ti（Nb）鋼的性能明顯優(yōu)于0Cr17Ni12Mo2鋼，耐縫隙腐蝕性能也優(yōu)于00Cr17Ni14Mo2鋼，如圖11所示，每條曲線左下方為無縫隙腐蝕區(qū)，右上方為產(chǎn)生縫隙腐蝕區(qū)域。

圖10 不同鋼在海水加速噴霧試驗中的耐蝕性能

圖11 不同不銹鋼在鹽水（pH=2）中的耐縫隙腐蝕性能

（4）焊接性能。TIG（Tungsten Inert Gas Welding，非熔化極惰性氣體保護電弧焊）焊接接頭的力學性能接近母材的（表12）。00Cr22Mo2Ti（Nb）鋼特別適用于家裝給水管道，當Cr含量高于22%，Mo含量不低于2%時，也可以用于地暖管。

4.1.4 019Cr24Mo2NbTi

019Cr24Mo2NbTi鋼是以Ti穩(wěn)定化的超低碳、氮的高鉻含鉬鐵素體不銹鋼，它在含氯化物介質(zhì)中有極好的耐孔蝕和耐縫隙腐蝕性能；具有良好的強度、韌性和可焊性；耐磨性好，耐磨鐵性能損失量是鈦材的1/3，是黃銅的1/22。

019Cr24Mo2NbTi鋼是我國最近新研發(fā)的鋼種，主要在城市中氯離子含量5 000 mg/L以下的水介質(zhì)環(huán)境使用。

019Cr24Mo2NbTi薄壁不銹鋼直縫焊接鋼管在氯離子含量較高的環(huán)境中可以替代銅B10無縫管及00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3（317L）奧氏體不銹鋼管。

（1）化學成分。019Cr24Mo2NbTi鋼的化學成分要求見表13。

表13 019Cr24Mo2NbTi鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）要求 %

（2）力學性能。019Cr24Mo2NbTi鋼的力學性能見表14。

表14 019Cr24Mo2NbTi鋼的力學性能

（3）耐腐蝕性能。019Cr24Mo2NbTi鋼的耐點蝕電位的測量結(jié)果見表15。019Cr24Mo2NbTi鋼在標準條件下耐點腐蝕性能遠高于00Cr17Ni14Mo2和00Cr19Ni13Mo3，與2205鋼無顯著差異，點蝕電位越高，耐點蝕性能越好。

表15 019Cr24Mo2NbTi鋼的耐點蝕電位測量結(jié)果 mV

（4）焊接性能。019Cr24Mo2NbTi冷軋退火薄板具有良好的焊接性能，采用焊接不銹鋼的常規(guī)TIG焊，焊前無需預熱，焊后也可以不進行熱處理。

4.2 選用鐵素體不銹鋼應注意的問題

4.2.1 工 藝

（1）鐵素體不銹鋼易產(chǎn)生皺折缺陷，薄板（帶）生產(chǎn)企業(yè)應通過成分控制和優(yōu)化生產(chǎn)工藝以及終端用戶改進工藝予以控制。

（2）鐵素體不銹鋼的膨脹系數(shù)與普通鋼相近，是奧氏體鋼的60%，因此在生產(chǎn)管件時不能完全采用奧氏體材料的工模具工藝技術(shù)，應該另外開發(fā)。

（3）鐵素體不銹鋼具有低溫脆性、475℃脆性和高溫脆性，因此在使用時應引起注意。

（4）因DBTT（Ductile-to-Brittle Transition Temperature，韌脆轉(zhuǎn)變溫度）的尺寸效應，薄截面的DBTT顯著低于厚截面尺寸的材料，高鉻鉬鐵素體不銹鋼尤其敏感，因此直接應用的板材的厚度應限制在不大于6 mm。

（5）工作現(xiàn)場焊接應實現(xiàn)完全保護，焊接人員應正確熟練地掌握焊接工藝要求和操作技術(shù)。

4.2.2 管材及管件形式

（1）管材形式。當前市場不銹鋼水管分為不銹鋼無縫管和不銹鋼焊管。不銹鋼無縫管市場價格高于焊管，其使用優(yōu)勢較明顯。不銹鋼無縫管和不銹鋼焊管對比見表16。

表16 不銹鋼無縫管和不銹鋼焊管對比

（2）管件形式。目前市場上的不銹鋼水管以雙卡壓式管件（圖12a）連接為主，此外也出現(xiàn)了一些連接可靠的自主研發(fā)的連接形式，如卡凸式管件（圖12b）。

圖12 不銹鋼水管管件

5 不銹鋼水管發(fā)展存在的問題

（1）標準問題。不銹鋼管的應用和推廣以及質(zhì)量的保證離不開標準化[9］，但從目前不銹鋼水管行業(yè)現(xiàn)有標準情況來看，缺少給排水專業(yè)專用的不銹鋼管道標準。由于缺少該種范圍產(chǎn)品標準，帶來的問題是不銹鋼管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品互換性差。這在一定程度上影響了不銹鋼水管的應用，成為不銹鋼水管發(fā)展和應用的“瓶頸”。當務之急，急需制訂輸送水介質(zhì)的涵蓋主要連接方式產(chǎn)品的國家標準，但這又和各企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)模具有關(guān)，存在一定阻力。且該標準究竟由誰來牽頭制訂，勢必會涉及到各方利益。

（2）產(chǎn)品技術(shù)問題。首先表現(xiàn)在連接方式多樣化。不銹鋼管由于材料特性，連接方式呈現(xiàn)多樣性，且由于國內(nèi)制造不銹鋼水管為了降低成本，便于銷售，迅速占領市場，出現(xiàn)不銹鋼水管的薄壁化傾向，進一步加劇了不銹鋼水管連接方式的多樣化。再次，不銹鋼水管配件問題：不銹鋼螺栓與不銹鋼螺母在緊固時會產(chǎn)生應力腐蝕，導致螺栓與螺母銹蝕在一起，無法拆卸。國內(nèi)對此的解決辦法是采用碳鋼緊固件，為防止碳鋼緊固件與不銹鋼法蘭、不銹鋼卡箍的電位差腐蝕，再用橡膠套管或塑料墊圈將兩者隔開，工序繁雜。國外的解決辦法是采用304螺栓與316螺母進行緊固。

（3）配套安裝問題。薄壁不銹鋼管在最終客戶的使用是一個系統(tǒng)工程，需要配套的卡壓工具和系統(tǒng)的安裝流程來確保安裝質(zhì)量，目前市場現(xiàn)有的專業(yè)安裝人員相比市場需求來說略顯匱乏[10］。

（4）認證問題。雖然不銹鋼水管生產(chǎn)廠家眾多，但產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，且大部分為小型企業(yè)，質(zhì)量控制水平低，生產(chǎn)存在偷工減料，縮減如無損檢驗、熱處理等關(guān)鍵工序的問題，造成產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)銹蝕、滲漏等，影響薄壁不銹鋼管在市場的口碑。即缺乏系統(tǒng)、成熟的產(chǎn)品認證。

（5）規(guī)模問題。大部分不銹鋼水管生產(chǎn)企業(yè)的綜合實力不夠，抵抗市場風險的能力低，市場缺乏引領行業(yè)健康發(fā)展的龍頭企業(yè)，老牌龍頭企業(yè)的用戶規(guī)模相對傳統(tǒng)塑料管生產(chǎn)企業(yè)仍有較大差距。

6 不銹鋼水管生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)狀

6.1 分布及發(fā)展情況

我國不銹鋼水管產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近20年的探索發(fā)展，已經(jīng)具備了適應市場需求快速增長的生產(chǎn)技術(shù)服務能力，目前全國主要生產(chǎn)企業(yè)集中在浙江、江蘇、廣東、四川、山東等地，企業(yè)數(shù)量見表17。

表17 我國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）不銹鋼水管生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量

各企業(yè)基本都具備管件生產(chǎn)能力，由于管件種類、規(guī)格及系列較多，生產(chǎn)設備投資較大、用工數(shù)量多，許多企業(yè)不能做到管材的完全自主配套，企業(yè)之間存在相互采購配套的情況；此外，一些生產(chǎn)企業(yè)不直接進入終端市場，完全憑借原料板材的壓延加工和生產(chǎn)成本優(yōu)勢為其他企業(yè)進行代加工生產(chǎn)。

根據(jù)中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會給水排水設備分會統(tǒng)計，2020年我國不銹鋼水管行業(yè)原材料需求量在20萬t左右，并且每年以10%左右增速增長，行業(yè)前景廣闊。近幾年我國不銹鋼管行業(yè)得到了快速發(fā)展，國內(nèi)薄壁不銹鋼管生產(chǎn)廠家由2018年的100多家增加到了2020年的近250家，新進入企業(yè)有以下幾種情況：

（1）涉水相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)進入不銹鋼水管行業(yè)。

（2）裝飾管企業(yè)轉(zhuǎn)型介入不銹鋼水管行業(yè)。

（3）各地不銹鋼工業(yè)園發(fā)揮原料優(yōu)勢，招商引資成立的新企業(yè)。

（4）傳統(tǒng)工業(yè)用不銹鋼管生產(chǎn)企業(yè)進入民用供水行業(yè)。

（5）國外品牌提前布局中國不銹鋼水管行業(yè)。

（6）鋼廠直接投資建廠。

6.2 生產(chǎn)經(jīng)營情況

在前期市場推廣期，由于參與企業(yè)較少，雖然市場需求量小，但經(jīng)營利潤率高。近兩年隨著市場的火爆，頭部企業(yè)憑借業(yè)績、品牌影響力、渠道等優(yōu)勢獲取充足的訂單，能夠保持滿負荷生產(chǎn)運行，甚至需要外委部分訂單生產(chǎn)，但是利潤率下降明顯。新進入的企業(yè)面臨訂單不足，開工率不高。整個行業(yè)綜合產(chǎn)能利用率在50%左右。

通過對供水公司的不銹鋼管招標采購價格進行調(diào)研，推算出生產(chǎn)企業(yè)的不銹鋼管材毛利率約24%，不銹鋼管件毛利率約60%，整個產(chǎn)品毛利率在30%左右。

生產(chǎn)企業(yè)的原料鋼帶來源中，鋼貿(mào)企業(yè)加工配送占40%，直接采購自行加工占10%，壓延加工配送占50%。

不銹鋼管新進企業(yè)的市場占有率低，競爭壓力大，同時還存在以下問題：

（1）由于大部分企業(yè)沒有鋼板分條設備，根據(jù)鋼管的外徑，需要鋼卷分條后供應；按鋼管直徑確定好分條寬度，常規(guī)規(guī)格的鋼卷分條利用率可達到100%，但是需滿足一定的批量才能采購，導致采購量超過實際需求量，原料庫存成本增加。

（2）為確保焊接質(zhì)量，分條后鋼帶的毛刺和鐮刀彎指標要求嚴格。鋼帶純凈度會影響鋼管焊接生產(chǎn)中焊縫灰點/渣點的產(chǎn)生，是影響鋼管合格率的主要原因。

（3）薄壁不銹鋼管通常檢尺交貨，即按每米價格進行交貨結(jié)算。生產(chǎn)企業(yè)為降低成本，在確保鋼管承壓指標的前提下，會要求負公差交貨；而管件生產(chǎn)會產(chǎn)生壁厚減薄，因此管件的原料板材厚度會略高于鋼管的原料厚度。

（4）不銹鋼管食品級材料需符合GB 4806.9—2016《食品安全國家標準 食品接觸用金屬材料及制品》相關(guān)規(guī)定或其他國家的食品級不銹鋼標準的要求，標準的核心指標為重金屬的析出量。根據(jù)客戶反饋，成品鋼管檢驗經(jīng)常會存在重金屬的析出量不符合標準要求的問題。

（5）目前生產(chǎn)企業(yè)通常只按市場流通的不銹鋼表面光滑度2B表面采購。根據(jù)鋼管的不同使用工況，鋼管企業(yè)又會對不銹鋼管進行不同的外表面處理。如在南方地區(qū)，外墻立管會直接裸露在戶外，通常會進行拋光處理，增加美觀；而在北方地區(qū)供水立管在管道井內(nèi)，對表面要求不高；而醫(yī)院、場館等室內(nèi)場所會要求按冷水管路和熱水管路進行保溫覆塑處理；二次供水的埋地管道需要做防腐涂層處理。

（6）多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)為了節(jié)約成本不對成品水管進行熱處理，這將嚴重影響不銹鋼的耐蝕性。

7 我國不銹鋼管行業(yè)發(fā)展展望

7.1 材料設計

針對使用環(huán)境設計目標材料是不銹鋼管發(fā)展的必然趨勢。例如，設計海水環(huán)境用管，實現(xiàn)在海水使用環(huán)境中抗點腐蝕和應力腐蝕開裂；設計高氧含量的水環(huán)境用管；設計更高的抗蠕變、耐輻照性能用管，以及抗高溫蒸汽氧化用管，實現(xiàn)具有不同性能，如高強度、高塑性、高韌性、高耐蝕性、高純凈度的不銹鋼管材。

應對不同環(huán)境開發(fā)新材料以滿足各行業(yè)的需求是不銹鋼管發(fā)展的必然要求。根據(jù)國家的科技規(guī)劃，主要解決以下環(huán)境需求：①危險品運輸及處理等特殊環(huán)境；②廢氣處理等苛刻環(huán)境；③超超臨界等高溫環(huán)境；④油氣開采用高壓、高腐蝕環(huán)境；⑤生物相容性等抗菌環(huán)境；⑥高純凈度使用環(huán)境。

從源頭開發(fā)鋼種滿足不同環(huán)境對不銹鋼管各項性能和高純凈度的使用要求是我國不銹鋼管未來發(fā)展的方向。

7.2 創(chuàng)新工藝

創(chuàng)新工藝、節(jié)能減排實現(xiàn)綠色企業(yè)、綠色產(chǎn)品是不銹鋼管發(fā)展的主旋律。通過工藝創(chuàng)新是指對現(xiàn)有的或研究開發(fā)的新技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)量化與商品化。實現(xiàn)重大創(chuàng)新會帶來行業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)性的轉(zhuǎn)變。

7.3 管理創(chuàng)新

“數(shù)字化智能化工廠”、“工藝智能服務平臺”、“智能化安全管理”、“計算機工藝過程輔助設計”都是管理創(chuàng)新平臺。例如，上上德盛集團股份有限公司通過計算機模擬技術(shù)實現(xiàn)了冷加工塑性變形控制過程，使產(chǎn)品性能得到提高；此外通過智能管理使企業(yè)的生產(chǎn)成本管理、產(chǎn)品的實物質(zhì)量，員工的計酬水平和安全生產(chǎn)進入一個更高水平，促進了國內(nèi)不銹鋼管企業(yè)逐步走向無人化工廠和智能控制質(zhì)量，智能管理工序，無傷亡事故，按期配送商品的智能化時代。

7.4 綠色發(fā)展

國家和地方環(huán)保政策日益趨嚴，不銹鋼管酸洗工序產(chǎn)生的廢液、廢水、固體廢異物和NO2廢氣的零排放是未來發(fā)展的必然趨勢，微濾、電滲析成膜技術(shù)和極限結(jié)晶等技術(shù)的發(fā)展給不銹鋼管的表面處理實現(xiàn)零排放提供了技術(shù)可行性[11］。同時，應用零排放技術(shù)已不僅是不銹鋼管生產(chǎn)單純的確保環(huán)保達標和實現(xiàn)社會效益的手段，其廢液、廢水、污泥的回收再利用也具有實際的經(jīng)濟效益。與此同時，革新生產(chǎn)工藝、降低能耗對于降低不銹鋼管生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，響應國家能耗雙控目標，提高綠色經(jīng)濟發(fā)展水平都具有重要意義。

7.5 產(chǎn)業(yè)鏈

企業(yè)產(chǎn)品延伸加工鏈要與需求方共進退。比如某企業(yè)在生產(chǎn)445J2鐵素體大比例縮徑管時，從延伸加工入手，為空調(diào)機配套用管提供服務，使得該產(chǎn)品銷量隨空調(diào)銷量大增，這是未來的發(fā)展方向之一。

8 結(jié) 語

不銹鋼水管作為近幾年的熱門應用領域，發(fā)展迅速，在改善居民健康用水方面正逐漸發(fā)揮著重要作用。創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展，深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，打造“小專精特”的企業(yè)模式，將是我國不銹鋼管行業(yè)的未來。相信今后不銹鋼管行業(yè)將在持續(xù)創(chuàng)新、綠色發(fā)展、創(chuàng)新管理方面進一步往專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。