我国不锈钢水管行业发展现状及展望（下）

2022-10-31李天宝曹亚楠李怀洲

钢管 2022年3期

李天宝，曹亚楠，李怀洲，杨波

（1.中国特钢企业协会不锈钢分会，北京 100711；2.中兴能源装备有限公司，江苏南通 226126；3.首都航天机械有限公司，北京 100076；4.厦门象屿集团有限公司，福建厦门 361000）

4.1 典型铁素体不锈钢水管

根据铁素体的性能特点，在家装给水管道中推荐使用的铁素体不锈钢牌号主要有：00Cr18Mo2Ti、00Cr22Mo1Nb（Ti）、00Cr22Mo2Ti（Nb）、019Cr24Mo-2NbTi，现重点从化学成分、力学性能、耐腐蚀性能、焊接性能介质等方面介绍各钢种的性能，便于与奥氏体不锈钢如304（0Cr18Ni9）、316（0Cr17Ni12-Mo2）钢等进行对比[8］，用以说明在城市建筑和住宅中选用铁素体不锈钢等更合理。

4.1.1 高纯00Cr18Mo2Ti

（1）化学成分。高纯00Cr18Mo2Ti钢的化学成分见表4。

表4 00Cr18Mo2Ti钢的化学成分（质量分数） %

（2）力学性能。高纯00Cr18Mo2Ti钢的室温力学性能见表5。

表5 00Cr18Mo2Ti钢的室温力学性能

（3）耐点蚀性能。00Cr18Mo2Ti的耐点蚀性能大体上与0Cr17Ni12Mo2相当，在5%FeCl3+0.05 mol/L HCl溶液中进行点蚀试验，其腐蚀速率与溶液温度的关系如图7所示，其点蚀电位与0Cr17Ni12Mo2相当。

图7 00Cr18Mo2Ti的耐点蚀性能

（4）耐应力腐蚀性能。00Cr18Mo2Ti的耐应力腐蚀性能优于0Cr17Ni12Mo2不锈钢。00Cr18-Mo2Ti在沸腾42%MgCl2溶液中的耐应力腐蚀性能见表6。

表6 00Cr18Mo2Ti的耐应力腐蚀（SCC）性能

（5）焊接性能。00Cr18Mo2Ti可采用焊接不锈钢的常规方法进行焊接，焊态的耐蚀性与母材相当，适用于家装给水管道。

4.1.2 00Cr22Mo1Nb（Ti）

00Cr22Mo1Nb（Ti）是一种Cr含量不低于21%，Mo含量约1%的铁素体不锈钢，其耐蚀性能介于0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2钢之间；对应力腐蚀不敏感，是一种在氯的水溶液中取代316L（00Cr17Ni-14Mo2）不锈钢的价廉材料。

（1）化学成分。00Cr22Mo1Nb（Ti）钢的化学成分见表7。

表7 00Cr22Mo1Nb（Ti）钢的化学成分（质量分数）%

（2）力学性能。00Cr22Mo1Nb（Ti）退火钢板（850℃保温5 min，空冷）的室温力学性能见表8。该钢的强度和塑性均较高，伸长率在40%以上，各向异性不明显。此外，还具有良好的室温冲击韧性，良好的冷成形性，各向异性不明显。

表8 00Cr22Mo1Nb（Ti）的室温力学性能

（3）耐蚀性。在经870℃保温10 min空冷处理的4 mm厚热轧钢板上取电化学试样，测定其点蚀电位，不同钼含量Cr22Ti铁素体不锈钢在3.5%NaCl溶液中的点蚀电位如图8所示。在10%FeCl3·6H2O溶液中，00Cr22Mo1Nb（Ti）、00Cr22Mo1.5Ti、00Cr22Mo2.5Ti和00Cr17Ni12Mo2钢的耐点蚀性能（腐蚀率）如图9所示。采用2 mm×10 mm×120 mm（经870℃保温10 min，空冷）O型样，在沸腾CaCl2和沸腾26%NaCl溶液中进行耐应力腐蚀破裂试验，结果表明，00Cr22Mo1Nb（Ti）具有优异的耐应力腐蚀破裂性能。00Cr22Mo1Ti，00Cr22Mo2Ti，0Cr17Ni12Mo2钢在氯化物溶液中的耐应力腐蚀破裂性能见表9。

表9 00Cr22Mo1Nb（Ti）等钢的耐应力腐蚀破裂性能

图8 不同Mo含量Cr22Ti铁素体不锈钢在3.5%NaCl溶液中的点蚀电位

图9 在10%FeCl3·6H2O溶液中00Cr22Mo1Ti等钢的耐点蚀性能

（4）焊接性能。00Cr22Mo1Nb（Ti）冷轧退火钢板具有良好的焊接性能，可采用焊接不锈钢常用方法进行焊接，焊前不需预热，焊后力学性能见表10，伸长率不低于母材，其他性能与母材相近。00Cr22Mo1Nb（Ti）钢适用于家装给水管道。

表10 00Cr22Mo1Nb（Ti）冷轧退火钢板焊后性能①

4.1.3 00Cr22Mo2Ti（Nb）

00Cr22Mo2Ti（Nb）是一个耐点蚀性、耐应力腐蚀性优于0Cr17Ni12Mo2的钢种，其退火态在氯化物水溶液中对应力腐蚀几乎是免疫的。

（1）化学成分。00Cr22Mo2Ti（Nb）钢的化学成分见表11。00Cr22Mo2Ti（Nb）可采用Nb、Ti单稳定化，亦可采用Nb+Ti双稳定化，采用Nb稳定化时钢材具有最好的韧性，而采用Ti稳定化时钢材的韧性最差。Nb+Ti双稳定化时钢材的韧性居中，Ti对焊后的韧性有利，故通常采用Nb+Ti双稳定化措施，既保证钢的韧性，又可以使焊后韧性不至于明显降低。

表11 00Cr22Mo2T（iNb）钢的化学成分（质量分数）%

（2）力学性能。00Cr22Mo2Ti（Nb）钢的室温力学性能见表12。00Cr22Mo2Ti（Nb）冷轧退火板有优良的冷成型性能。

表12 00Cr22Mo2Ti（Nb）钢的室温力学性能

（3）耐蚀性。00Cr22Mo2Ti（Nb）钢在加速喷雾试验（在室温海水中喷雾→60℃干燥30 min→在50℃，100%RH湿润30 min）中，其耐蚀性能远优于0Cr18Ni9钢，明显优于0Cr17Ni12Mo2钢，如图10所示。这些数据表明，00Cr22Mo2Ti（Nb）钢的性能明显优于0Cr17Ni12Mo2钢，耐缝隙腐蚀性能也优于00Cr17Ni14Mo2钢，如图11所示，每条曲线左下方为无缝隙腐蚀区，右上方为产生缝隙腐蚀区域。

图10 不同钢在海水加速喷雾试验中的耐蚀性能

图11 不同不锈钢在盐水（pH=2）中的耐缝隙腐蚀性能

（4）焊接性能。TIG（Tungsten Inert Gas Welding，非熔化极惰性气体保护电弧焊）焊接接头的力学性能接近母材的（表12）。00Cr22Mo2Ti（Nb）钢特别适用于家装给水管道，当Cr含量高于22%，Mo含量不低于2%时，也可以用于地暖管。

4.1.4 019Cr24Mo2NbTi

019Cr24Mo2NbTi钢是以Ti稳定化的超低碳、氮的高铬含钼铁素体不锈钢，它在含氯化物介质中有极好的耐孔蚀和耐缝隙腐蚀性能；具有良好的强度、韧性和可焊性；耐磨性好，耐磨铁性能损失量是钛材的1/3，是黄铜的1/22。

019Cr24Mo2NbTi钢是我国最近新研发的钢种，主要在城市中氯离子含量5 000 mg/L以下的水介质环境使用。

019Cr24Mo2NbTi薄壁不锈钢直缝焊接钢管在氯离子含量较高的环境中可以替代铜B10无缝管及00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3（317L）奥氏体不锈钢管。

（1）化学成分。019Cr24Mo2NbTi钢的化学成分要求见表13。

表13 019Cr24Mo2NbTi钢的化学成分（质量分数）要求 %

（2）力学性能。019Cr24Mo2NbTi钢的力学性能见表14。

表14 019Cr24Mo2NbTi钢的力学性能

（3）耐腐蚀性能。019Cr24Mo2NbTi钢的耐点蚀电位的测量结果见表15。019Cr24Mo2NbTi钢在标准条件下耐点腐蚀性能远高于00Cr17Ni14Mo2和00Cr19Ni13Mo3，与2205钢无显著差异，点蚀电位越高，耐点蚀性能越好。

表15 019Cr24Mo2NbTi钢的耐点蚀电位测量结果 mV

（4）焊接性能。019Cr24Mo2NbTi冷轧退火薄板具有良好的焊接性能，采用焊接不锈钢的常规TIG焊，焊前无需预热，焊后也可以不进行热处理。

4.2 选用铁素体不锈钢应注意的问题

4.2.1 工艺

（1）铁素体不锈钢易产生皱折缺陷，薄板（带）生产企业应通过成分控制和优化生产工艺以及终端用户改进工艺予以控制。

（2）铁素体不锈钢的膨胀系数与普通钢相近，是奥氏体钢的60%，因此在生产管件时不能完全采用奥氏体材料的工模具工艺技术，应该另外开发。

（3）铁素体不锈钢具有低温脆性、475℃脆性和高温脆性，因此在使用时应引起注意。

（4）因DBTT（Ductile-to-Brittle Transition Temperature，韧脆转变温度）的尺寸效应，薄截面的DBTT显著低于厚截面尺寸的材料，高铬钼铁素体不锈钢尤其敏感，因此直接应用的板材的厚度应限制在不大于6 mm。

（5）工作现场焊接应实现完全保护，焊接人员应正确熟练地掌握焊接工艺要求和操作技术。

4.2.2 管材及管件形式

（1）管材形式。当前市场不锈钢水管分为不锈钢无缝管和不锈钢焊管。不锈钢无缝管市场价格高于焊管，其使用优势较明显。不锈钢无缝管和不锈钢焊管对比见表16。

表16 不锈钢无缝管和不锈钢焊管对比

（2）管件形式。目前市场上的不锈钢水管以双卡压式管件（图12a）连接为主，此外也出现了一些连接可靠的自主研发的连接形式，如卡凸式管件（图12b）。

图12 不锈钢水管管件

5 不锈钢水管发展存在的问题

（1）标准问题。不锈钢管的应用和推广以及质量的保证离不开标准化[9］，但从目前不锈钢水管行业现有标准情况来看，缺少给排水专业专用的不锈钢管道标准。由于缺少该种范围产品标准，带来的问题是不锈钢管生产企业的产品互换性差。这在一定程度上影响了不锈钢水管的应用，成为不锈钢水管发展和应用的“瓶颈”。当务之急，急需制订输送水介质的涵盖主要连接方式产品的国家标准，但这又和各企业的产品生产模具有关，存在一定阻力。且该标准究竟由谁来牵头制订，势必会涉及到各方利益。

（2）产品技术问题。首先表现在连接方式多样化。不锈钢管由于材料特性，连接方式呈现多样性，且由于国内制造不锈钢水管为了降低成本，便于销售，迅速占领市场，出现不锈钢水管的薄壁化倾向，进一步加剧了不锈钢水管连接方式的多样化。再次，不锈钢水管配件问题：不锈钢螺栓与不锈钢螺母在紧固时会产生应力腐蚀，导致螺栓与螺母锈蚀在一起，无法拆卸。国内对此的解决办法是采用碳钢紧固件，为防止碳钢紧固件与不锈钢法兰、不锈钢卡箍的电位差腐蚀，再用橡胶套管或塑料垫圈将两者隔开，工序繁杂。国外的解决办法是采用304螺栓与316螺母进行紧固。

（3）配套安装问题。薄壁不锈钢管在最终客户的使用是一个系统工程，需要配套的卡压工具和系统的安装流程来确保安装质量，目前市场现有的专业安装人员相比市场需求来说略显匮乏[10］。

（4）认证问题。虽然不锈钢水管生产厂家众多，但产品质量参差不齐，且大部分为小型企业，质量控制水平低，生产存在偷工减料，缩减如无损检验、热处理等关键工序的问题，造成产品在使用过程中出现锈蚀、渗漏等，影响薄壁不锈钢管在市场的口碑。即缺乏系统、成熟的产品认证。

（5）规模问题。大部分不锈钢水管生产企业的综合实力不够，抵抗市场风险的能力低，市场缺乏引领行业健康发展的龙头企业，老牌龙头企业的用户规模相对传统塑料管生产企业仍有较大差距。

6 不锈钢水管生产企业现状

6.1 分布及发展情况

我国不锈钢水管产业经过近20年的探索发展，已经具备了适应市场需求快速增长的生产技术服务能力，目前全国主要生产企业集中在浙江、江苏、广东、四川、山东等地，企业数量见表17。

表17 我国各省（自治区、直辖市）不锈钢水管生产企业数量

各企业基本都具备管件生产能力，由于管件种类、规格及系列较多，生产设备投资较大、用工数量多，许多企业不能做到管材的完全自主配套，企业之间存在相互采购配套的情况；此外，一些生产企业不直接进入终端市场，完全凭借原料板材的压延加工和生产成本优势为其他企业进行代加工生产。

根据中国建筑金属结构协会给水排水设备分会统计，2020年我国不锈钢水管行业原材料需求量在20万t左右，并且每年以10%左右增速增长，行业前景广阔。近几年我国不锈钢管行业得到了快速发展，国内薄壁不锈钢管生产厂家由2018年的100多家增加到了2020年的近250家，新进入企业有以下几种情况：

（1）涉水相关生产企业进入不锈钢水管行业。

（2）装饰管企业转型介入不锈钢水管行业。

（3）各地不锈钢工业园发挥原料优势，招商引资成立的新企业。

（4）传统工业用不锈钢管生产企业进入民用供水行业。

（5）国外品牌提前布局中国不锈钢水管行业。

（6）钢厂直接投资建厂。

6.2 生产经营情况

在前期市场推广期，由于参与企业较少，虽然市场需求量小，但经营利润率高。近两年随着市场的火爆，头部企业凭借业绩、品牌影响力、渠道等优势获取充足的订单，能够保持满负荷生产运行，甚至需要外委部分订单生产，但是利润率下降明显。新进入的企业面临订单不足，开工率不高。整个行业综合产能利用率在50%左右。

通过对供水公司的不锈钢管招标采购价格进行调研，推算出生产企业的不锈钢管材毛利率约24%，不锈钢管件毛利率约60%，整个产品毛利率在30%左右。

生产企业的原料钢带来源中，钢贸企业加工配送占40%，直接采购自行加工占10%，压延加工配送占50%。

不锈钢管新进企业的市场占有率低，竞争压力大，同时还存在以下问题：

（1）由于大部分企业没有钢板分条设备，根据钢管的外径，需要钢卷分条后供应；按钢管直径确定好分条宽度，常规规格的钢卷分条利用率可达到100%，但是需满足一定的批量才能采购，导致采购量超过实际需求量，原料库存成本增加。

（2）为确保焊接质量，分条后钢带的毛刺和镰刀弯指标要求严格。钢带纯净度会影响钢管焊接生产中焊缝灰点/渣点的产生，是影响钢管合格率的主要原因。

（3）薄壁不锈钢管通常检尺交货，即按每米价格进行交货结算。生产企业为降低成本，在确保钢管承压指标的前提下，会要求负公差交货；而管件生产会产生壁厚减薄，因此管件的原料板材厚度会略高于钢管的原料厚度。

（4）不锈钢管食品级材料需符合GB 4806.9—2016《食品安全国家标准食品接触用金属材料及制品》相关规定或其他国家的食品级不锈钢标准的要求，标准的核心指标为重金属的析出量。根据客户反馈，成品钢管检验经常会存在重金属的析出量不符合标准要求的问题。

（5）目前生产企业通常只按市场流通的不锈钢表面光滑度2B表面采购。根据钢管的不同使用工况，钢管企业又会对不锈钢管进行不同的外表面处理。如在南方地区，外墙立管会直接裸露在户外，通常会进行抛光处理，增加美观；而在北方地区供水立管在管道井内，对表面要求不高；而医院、场馆等室内场所会要求按冷水管路和热水管路进行保温覆塑处理；二次供水的埋地管道需要做防腐涂层处理。

（6）多数生产企业为了节约成本不对成品水管进行热处理，这将严重影响不锈钢的耐蚀性。

7 我国不锈钢管行业发展展望

7.1 材料设计

针对使用环境设计目标材料是不锈钢管发展的必然趋势。例如，设计海水环境用管，实现在海水使用环境中抗点腐蚀和应力腐蚀开裂；设计高氧含量的水环境用管；设计更高的抗蠕变、耐辐照性能用管，以及抗高温蒸汽氧化用管，实现具有不同性能，如高强度、高塑性、高韧性、高耐蚀性、高纯净度的不锈钢管材。

应对不同环境开发新材料以满足各行业的需求是不锈钢管发展的必然要求。根据国家的科技规划，主要解决以下环境需求：①危险品运输及处理等特殊环境；②废气处理等苛刻环境；③超超临界等高温环境；④油气开采用高压、高腐蚀环境；⑤生物相容性等抗菌环境；⑥高纯净度使用环境。

从源头开发钢种满足不同环境对不锈钢管各项性能和高纯净度的使用要求是我国不锈钢管未来发展的方向。

7.2 创新工艺

创新工艺、节能减排实现绿色企业、绿色产品是不锈钢管发展的主旋律。通过工艺创新是指对现有的或研究开发的新技术实现产量化与商品化。实现重大创新会带来行业经济系统性的转变。

7.3 管理创新

“数字化智能化工厂”、“工艺智能服务平台”、“智能化安全管理”、“计算机工艺过程辅助设计”都是管理创新平台。例如，上上德盛集团股份有限公司通过计算机模拟技术实现了冷加工塑性变形控制过程，使产品性能得到提高；此外通过智能管理使企业的生产成本管理、产品的实物质量，员工的计酬水平和安全生产进入一个更高水平，促进了国内不锈钢管企业逐步走向无人化工厂和智能控制质量，智能管理工序，无伤亡事故，按期配送商品的智能化时代。

7.4 绿色发展

国家和地方环保政策日益趋严，不锈钢管酸洗工序产生的废液、废水、固体废异物和NO2废气的零排放是未来发展的必然趋势，微滤、电渗析成膜技术和极限结晶等技术的发展给不锈钢管的表面处理实现零排放提供了技术可行性[11］。同时，应用零排放技术已不仅是不锈钢管生产单纯的确保环保达标和实现社会效益的手段，其废液、废水、污泥的回收再利用也具有实际的经济效益。与此同时，革新生产工艺、降低能耗对于降低不锈钢管生产企业的生产成本，响应国家能耗双控目标，提高绿色经济发展水平都具有重要意义。