日前，在由中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟、CSPPLAZA光熱發電平臺共同主辦、首航高科能源技術股份有限公司聯合主辦的2022中國風光熱互補新能源基地開發大會上，酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司不銹鋼研究所副所長李具倉博士分享了高溫熔鹽儲罐對于不銹鋼板材選型的具體要求并結合酒鋼光熱發電高溫熔鹽儲罐專用J347H不銹鋼產品進行了詳細介紹。

圖1：李具倉博士作主題發言

據李具倉博士介紹，由于需要儲存高溫熔鹽（40%硝酸鉀+60%硝酸鈉），光熱電站熔鹽罐對罐體的材料要求較高（50MW熔鹽儲罐參數見下表）。

表1：50MW熔鹽儲罐參數

熔鹽罐板材選用不銹鋼產品，其主要性能參數一般需達到下列條件：

高溫性能：高溫（593℃)力學性能：Rp0.2≥137；Mpa，Rm≥280Mpa。

晶粒度及析出相：晶粒控制在4-7級范圍內。

耐腐蝕性能：耐熔鹽腐蝕速率達到國外領先水平。

焊接性能：焊接后鋼板按照ASME SA-213標準Rm≥515MPa，焊口無敏化現象。

隨后，李具倉博士詳細分享了酒鋼研發的J347H不銹鋼產品以及相關國際產品針對熔鹽儲罐使用條件研究的各項結果。

更多精彩內容，請閱讀下面刊出的李具倉博士的演講全文：

李具倉博士：各位領導，各位專家，各位朋友，下午好！

我就酒鋼光熱發電高溫熔鹽儲罐專用J347H產品進行簡要介紹。

第一部分，酒泉鋼鐵集團公司及不銹鋼簡介。

酒鋼地處甘肅省嘉峪關市，始建于1958年，是國家“一五”時期規劃建設的鋼鐵聯合企業，也是我國西北地區建設最早、規模最大、黑色與有色并舉的多元化現代企業集團。

酒鋼擁有鏡鐵山礦和西溝石灰石礦兩座礦山，形成了從采礦、選礦、燒結、焦化到煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋完整配套的碳鋼和不銹鋼現代化工藝生產線。鋼鐵產業具備年產粗鋼1105萬噸生產能力；有色產業具有年產電解鋁170萬噸、鋁板帶鑄軋材60萬噸的生產能力；電力能源產業已形成電力總裝機3446MW的自備火電裝機容量；裝備制造產業涵蓋了冶金、風電、光伏、光電等裝備，年制造加工能力17萬噸。

酒鋼宏興股份不銹鋼分公司成立于2005年10月，擁有從煉鋼、熱軋到冷軋完整配套生產線及當今世界一流的不銹鋼生產裝備和先進的工藝技術。現已形成120萬噸不銹鋼板坯、110萬噸不銹鋼熱軋卷材、100萬噸不銹鋼熱軋酸洗產品、70萬噸不銹鋼冷軋酸洗產品和15萬噸不銹鋼中厚板產品的生產能力。

酒鋼不銹鋼產品主要有四大類：

第一類：熱軋黑卷：厚度：3.0~12mm，寬度：750~1600mm；

第二類：酸洗中厚板：厚度：4.0~100mm，寬度：1500~2500mm；

第三類：熱軋酸洗產品（No.1）：厚度：2.8~8mm，寬度：750~1600mm；

第四類：冷軋酸洗產品（2B）：厚度：0.25~4.0mm，寬度：750~1600mm。

光熱熔鹽儲罐用材主要為酸洗中厚板產品。

第二部分，酒鋼不銹鋼技術研發質量體系。

酒鋼不銹鋼產品開發團隊由研發團隊，技術質量管控團隊以及市場營銷服務團隊組成。

不銹鋼體系認證方面，均已按照國家和行業規定通過了質量管理體系認證、職業健康安全管理體系認證、環境管理體系認證、CNAS實驗室認可證書等國內和國際認證。

不銹鋼產品認證方面，根據產品的使用要求，通過了中國船級社，英勞船級社、挪威船級社和法國船級社等權威機構的認證。

此外酒鋼也有特種設備制造生產許可證，通過了歐盟PED4.3認證（歐盟壓力設備指令），可出具3.1格式材料證明書；還有中核集團合格供應商證書，中石油、中石化，中海油一級供應商資質。

第三部分，酒鋼不銹裝備介紹。

酒鋼不銹鋼加工裝備大都是進口國際上最先進的設備，在原來的不銹鋼的生產設備基礎上進行了升級改造，所以我們的裝備從煉鋼、熱軋到最后冷軋都是世界一流設備。

圖3.1：酒鋼中厚板退火酸洗相關設備

尤其是酸洗中厚板采用的立式酸洗槽【見上圖】，加熱的均勻性和酸洗的均勻性好，有利于組織的均勻和獲得優良的酸洗表面質量。

第四部分，酒鋼不銹產品體系及典型應用。

酒鋼不銹鋼產品涵蓋了奧氏體、馬氏體、雙相和鐵素體四大體系，目前有71種不同規格產品，具體見圖4.1和圖4.2。

圖4.1：酒鋼不銹鋼鋼種牌號

圖4.2：酒鋼不銹鋼400系列鋼種牌號

1、奧氏體不銹鋼

第一耐熱奧氏體不銹鋼，擁有足夠高的高溫強度、高溫疲勞強度與之相適應的塑性；足夠高的化學穩定性(抗氧化、抗腐蝕等)；良好的加工特性及物理性能。包含321、309、310S、347（H）鋼種。

第二耐蝕奧氏體不銹鋼，腐蝕較為苛刻的環境下穩定性優異；良好的加工特性及物理性能。包含304、321、316L鋼種。

第三超級奧氏體不銹鋼904l和254SMo：904L超級奧氏體不銹鋼，擁有優良的耐蝕性，廣泛應用于化工造紙、污水處理等行業，如：化纖、化工廠醋酸去除塔再沸器；制藥廠真空提煉中的攪拌機軸、漿葉和加熱盤管；濕法磷酸裝置萃取槽的預埋件等；精對苯二甲酸生產中的溶劑汽提塔、蒸餾釜及攪拌機等；已供貨賽德力制造藥用離心機使用。254SMO為6Mo型超級奧氏體不銹鋼，PREN值高達43，被廣泛用于高濃度氯離子介質、海水等苛刻環境，如：海水環境：海水淡化裝置、海水換熱器、電容器電子管等；高濃度氯離子環境：紙漿造紙工業各種漂白裝置；高濃度食鹽環境：樹脂制造裝置、藥品的反應容器以及配管；化工行業：酚精煉裝置蒸發塔等；產品已供蘭石裝備股份有限公司試用合格。

2、雙相不銹鋼方面

酒鋼目前已形成2101、2205、2304、2507四大系列雙相不銹鋼品牌，廣泛應用于化工、環保、換熱器、水電等領域。此前歐洲材料研究院（CSM）對酒鋼2205雙相不銹鋼NO.1板、2B板和中厚產品進行了綜合性評價，結果表明酒鋼2205達到了相關歐洲鋼鐵公司產品水平。

3、馬氏體不銹鋼

酒鋼已擁有馬氏體系列化產品，30Cr13、40Cr13、50Cr15MoV等產品已進入宜家家居、陽江十八子、金石、金輝、永光等國內高端刀具制造企業。刮胡刀片用6Cr13高碳馬氏體鋼在國內率先實現常規工藝批量生產的技術突破，產品質量滿足用戶要求，國內市場占有率到達70%以上。

4、普通430鐵素體不銹鋼

第一430DQA（深沖材）產品具有良好深沖性能，被瑞典宜家、北美韋伯指定用于餐廚具制品；海爾、老板、格蘭仕、美的等用于洗衣機、油煙機、微波爐、冰箱等家電制品。

第二430 FRA（面板材）產品具有高的材質純凈度，已成為上海實達、蘇州日礦、浙江甬金等國內知名精密帶加工企業的主要供貨商；酒鋼J430KJ（抗菌用材）不銹鋼為國內首家批量生產，為合金型抗菌不銹鋼一種，經中科院和SGS檢測，大腸桿菌和金黃色葡萄菌抗菌率均超過99%。

5、超純鐵素體不銹鋼

第一汽車排氣系統用不銹鋼：酒鋼汽車排氣系統用超純鐵素體不銹鋼覆蓋排氣系統用冷、熱段材料所有牌號409L、439、436L、441、444、429，432等，產品已向佛吉亞、天納克、克康三個世界最大的一級配套商供貨。

第二建筑裝飾用不銹鋼：酒鋼建筑裝飾用超純鐵素體不銹鋼以電梯面板和建筑屋面及幕墻用途為主，主要牌號包括439、443、445J1、445J2不銹鋼。

第三汽車裝飾條用J442D和J436D超純鐵素體不銹鋼，主要替代日本進口產品，具備高光澤度、細膩平滑表面和優良的耐腐蝕性能和成型性能，目前已對日產汽車以及長安等國內汽車品牌進行供貨。

6、個性化定制產品

酒鋼已經批量向某國際知名品牌手機供貨低磁導率、高純凈不銹鋼316Li；向中科院高能物理研究所在建中微子實驗室批量供貨低本底、超純凈、高耐蝕不銹鋼；給德國漢能批量供貨高強不銹鋼。

目前，酒鋼不銹鋼正在給軍方開發低溫風洞專用用304L/304LN不銹鋼；開發替代進口鋁電解長壽命陰極專用不銹鋼和退火爐長壽命耐熱不銹鋼。

7、有色產品加工

依托不銹鋼生產裝備，在國內第一家開發出了卷狀鈦材的熱軋、冷軋生產工藝，目前鈦帶材產品加工已經形成系列化，有25家加工用戶，年加工量5000噸。

在鈦卷生產的基礎上進行鋯卷和鎳卷的加工生產，目前鋯卷軋制、退火酸洗工藝已經穩定。

第五部分，酒鋼光熱發電熔鹽儲罐專用J347H介紹。

酒鋼研發的J347H產品主要針對塔式光熱電站高溫熔鹽罐，由于其儲存高溫熔鹽，對罐體的材料要求較高。主要技術要求為：

高溫性能：高溫（593℃)力學性能：Rp0.2≥137；Mpa，Rm≥280Mpa。

晶粒度及析出相：晶粒控制在4-7級范圍內。

耐腐蝕性能：耐熔鹽腐蝕速率達到國外領先水平。

焊接性能：焊接后鋼板按照ASME SA-213標準Rm≥515MPa，焊口無敏化現象。

酒鋼從2019年開始J347H研制，與蘭州理工、北京科技大學、蘭石、蘭濱等單位合作成立創新聯合體進行了研發，并立為甘肅省重大專項。研制的目標：達到國外知名企業安塞樂米塔爾的水平。

在光熱系統中，J347H產品主要用于熔鹽儲罐和高溫介質的傳導管道和設備，下面我把J347H的成分設計，及相關性能做一個分享。

1、化學成份設計

按照國標、美標，歐標，結合熔鹽儲罐的使用環境和變化，酒鋼對成分進行了優化，添加了一些標準沒有明確要求的元素，主要成分見表5.1。

表5.1：酒鋼J347H不銹鋼主要化學成分與相關標準及國際產品對比

2、鑄坯等軸率和夾雜物分析

與常規347H產品鑄坯等軸晶率為0%相比，熔鹽儲罐專用J347H的鑄坯等軸晶率達到25%，這個指標對后續產品的組織和性能的均勻性有很大影響。

圖5.1：夾雜物對比

鑄坯夾雜物與國外米塔爾的對比發現：米塔爾的夾雜物主要為Al2O3、CaSiO3和Al2O3-MnS-CaS復合夾雜物，酒鋼J347H中夾雜物主要為Al2O3、CaSiO3。從上圖夾雜物的評級可以看出，酒鋼J347H夾雜物控制較好。

從成分分析，國外米塔爾的硫含量比酒鋼高很多，這也是導致他們產品中A類硫化物夾雜物較多的原因。

3、晶粒度分析

晶粒度這個指標其實對熔鹽罐制造來說比較重要，因為高溫熔鹽罐在高溫下使用，從材料學角度看，晶粒度大一些，材料的高溫性能和穩定性會好一些。表5.2為晶粒度的檢測結果：安賽樂米塔爾測試產品厚度為12mm，晶粒度接近7級，酒鋼產品分不同規格進行了檢測，晶粒度基本都在4-7。

表5.2：晶粒度對比

4、析出相分析

在J347H中析出相對其高溫性能和耐蝕性能都有一定的影響，因此對析出相的研究是不可缺少的。

圖5.2：為酒鋼J347H析出相和米塔爾析出相的對比（上：安賽樂米塔爾347H析出相；下：酒鋼J347H析出相）

從圖5.2電鏡分析結果可以看出：酒鋼J347H的析出量比安賽樂米塔爾要多，析出更完全，析出量多、析出更完全可提高產品的力學性能、改善耐蝕性能。

5、耐蝕性能分析

標準中對347H沒有耐蝕性能要求，由于熔鹽罐內壁接觸高溫熔鹽，使用溫度接近材料的敏化溫度，易使材料敏化發生晶間腐蝕和均勻腐蝕，同時由于熔鹽純度的影響，也會發生點腐蝕，因此對材料耐蝕性能的研究，尤其重要。酒鋼從電化學的角度對材料做了均勻腐蝕、點腐蝕和晶間腐蝕對比試驗，也模擬使用環境采用失重法做了耐蝕性的對比試驗。

腐蝕試樣編號對應材料：1#-普通347H；2#-酒鋼熔鹽專用J347H未進行特殊處理；3#-酒鋼熔鹽專用J347H（優化工藝）。

5.1均勻腐蝕

按照美國電化學均勻腐蝕的標準ASTM G3-2014，對材料在5%硫酸介質中進行了耐均勻腐蝕性能表征，結果如圖5.4。

圖5.3：均勻腐蝕性試驗結果

從圖5.3可以看出：3#樣品基本無活化腐蝕電流峰，且為鈍電流密度很低，鈍化態穩定，其耐5%硫酸介質的均勻腐蝕能力最強，優于1#樣品和2#樣品，說明酒鋼熔鹽專用材J347H耐5%硫酸介質的均勻腐蝕優良，優于普通347H，同時說明處理工藝對J347H的耐蝕性能也有一定的影響。

5.2點腐蝕

按照日本點腐蝕標準JIS G0577-2014，對材料在3.5%氯化鈉溶液中點蝕電位進行了表征，結果如圖5.4。

圖5.5：點蝕試驗結果

從圖5.4可以看出：3#樣品的耐點蝕能力較強，且鈍化膜十分穩定，沒有大量的點蝕形核位點；而1#和2#樣品的耐點蝕能力差，鈍化態始終伴隨著大量非穩態點蝕峰，鈍化膜上存在大量可供點蝕發生的形核位置，說明酒鋼熔鹽專用材J347H耐3.5%氯化鈉介質的點腐蝕優良。

5.3晶間腐蝕

按照日本晶間腐蝕標準（動電位再活化法）JIS G0580-2003JIS G0577-2014，對材料進行了敏化處理，并對耐敏化態晶間腐蝕能力進行了表征，結果如下圖5.5

圖5.5：晶間蝕試驗結果

從圖5.5可以得出：3#樣品敏化狀態體現了正常的活化-鈍化轉變行為，且其活化電流峰相較1#和2#樣品的對應狀態呈現大幅度降低，其再活化率也處于極低數值，因此3#樣品具有很強的耐敏化態晶間腐蝕能力,說明酒鋼熔鹽專用材J347H有很強的耐敏化態晶間腐蝕能力。

從這三個方面來說，材料的耐蝕性能不但與材料本身材質有關，還與工藝以及后續的處理有關。

5.4模擬實際工況試驗

為了模擬實際工況條件，我們委托蘭州理工大學對材料在600℃硝酸鹽熔鹽（40%KNO3+60%NaNO3（wt.%)中進行腐蝕試驗，利用失重法檢測均勻腐蝕結果。

通過檢測，國外安賽樂米塔爾347H不銹鋼在600℃/120h的腐蝕速率為0.02377mm/a，酒鋼J347H在600℃/120h的腐蝕速率為0.01317mm/a，說明酒鋼J347H不銹鋼在600℃硝酸熔鹽中耐腐蝕性能與國外安賽樂米塔爾相當，能達到米塔爾的水品。

6、力學性能

6.1室溫25℃下力學性能

表5.3：347H室溫力學性能標準及檢測值

酒鋼J347H室溫力學性能不管是屈服強度、抗拉強度、延伸率還是硬度都能滿足美標，歐標和國標要求。

6.2高溫593℃下的力學性能

雖然標準對高溫熔鹽罐材料的高溫力學性能沒有明確的要求，但是高溫熔鹽罐的使用溫度達到565℃，使用過程中熔鹽罐受到一定的載荷作用，因此對材料的高溫力學性能的研究非常重要，西班牙知名熔鹽電站總承包企業Emypro S.A.（是一家為化工、石化、太陽能光熱等行業制造和建設儲罐，管道設施和“交鑰匙”工程的專業公司。目前已成功設計并建設過多個海外知名的光熱電站儲罐項目）研究提出：高溫熔鹽罐的材料在593℃屈服強度Rp0.2≥137Mpa；抗拉強度Rm≥280Mpa。酒鋼委托蘭石集團對J347H不同規格的高溫力學性能進行了檢測并與米塔爾同規格產品進行了對比，具體見表5.4。

表5.4：347H高溫力學性能行業要求及檢測值

從表5.4可以看出：酒鋼J347H在593℃不同厚度規格的屈服強度在147-200MPa，抗拉強度在355-430MPa，符合Emypro S.A.公司提出的行業要求；米塔爾和酒鋼J347H板厚12mm產品的高溫力學性能相當。

6.3高溫蠕變性能

高溫熔鹽罐中的熔鹽在使用過程中也在不斷變化，熔鹽罐受到一定載荷和沖擊，罐體材料除了受到載荷外還存在一定的應力。因此酒鋼委托蘭石集團對J347H做了高溫蠕變性能的檢測。蠕變溫度為593℃，載荷比取0.5σs、0.75σs、σs三個載荷比，蠕變曲線如圖5.6。

圖5.6：高溫蠕變曲線

從圖中可以看出載荷比為σs時蠕變曲線呈現出完整的蠕變三階段；載荷比為0.5σs和0.75σs時蠕變曲線經過短暫的蠕變第一階段就進入蠕變第二階段，隨著蠕變時間的增加，材料的應變幾乎保持不變，至實驗結束未進入蠕變第三階段。測試結果來看，酒鋼J347H滿足可長期在400℃（冷）/565℃（熱）范圍內穩定使用，同時具備應力水平（國內熔鹽研究單位建議≥97MPa,最低不小于70MPa）條件。

7、焊接性能

根據熔鹽罐現場制造的條件，我們分別采用了二保焊和手工焊條電弧焊兩種方法進行試驗，試驗檢測：焊縫區域主要是少量高溫鐵素體+奧氏體，熱影響區及母材主要為奧氏體組織，焊縫成形良好，180度折彎完好，室溫抗拉強度分別達到602MPa和599MPa，≥515MPa，符合ASME SA-213標準要求。

8、業績

酒鋼J347H產品目前在德國石化配件煉油罐密封圈和換熱器的外殼上得到了使用。

酒鋼J347H產品的成分、夾雜物控制等級、晶粒度、析出相、室溫和高溫力學性能、耐蝕性能、焊接性能等都能達到國外安塞樂米塔爾產品的要求，滿足國標、歐標和美標的要求。

后續酒鋼將聯合業內的企業和專家一起研究制定高溫熔鹽專用材的行業標準，為高溫熔鹽用材提供設計及制造規范。

期待與大家合作，謝謝！

注：如需與酒鋼洽談交流合作，可聯系平臺工作人員（微信：cspswd）