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淺談雙相不銹鋼及其應(yīng)用

發(fā)布日期:2018-04-13

  所謂雙相不銹鋼是在其固淬組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半,一般最少相的含量也許要達(dá)到30%。雙相不銹鋼是在18-8奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上,提高Cr含量或者加入其他鐵素體元素形成的,使鋼具有奧氏體加鐵素體雙向組織,又節(jié)約了Ni合金。

 

    由于雙不銹鋼兩相組織的特點(diǎn),通過(guò)正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝,使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。雙相不銹鋼由于奧氏體的存在降低了高Cr體素體鋼的脆性和晶體長(zhǎng)大的傾向性,又保持其優(yōu)良的韌性和焊接性能。而鐵素體的存在又提高了奧氏體的屈服強(qiáng)度、抗晶間腐蝕的能力和耐氯化物應(yīng)力腐蝕能力。

 

    一、雙相不銹鋼的性能

 

    (一)雙相不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)

 

    1、與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下:

 

    (1)屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多,且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲(chǔ)罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30?50%,有利于降低成本。

 

    (2)具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力,即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力,尤其在含氯離子的環(huán)境中。應(yīng)力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問(wèn)題。

 

    (3)在許多介質(zhì)中應(yīng)用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性?xún)?yōu)于普通的316L奧氏體不銹鋼,而超級(jí)雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性,在一些介質(zhì)中,如醋酸,甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼,乃至耐蝕合金。

 

    (4)具有良好的耐局部腐蝕性能,與合金含量相當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼相比,它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。

 

    (5)比奧氏體不銹鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)低,和碳鋼接近,適合與碳鋼連接,具有重要的工程意義,如生產(chǎn)復(fù)合板或襯里等。

 

    (6)不論在動(dòng)載或靜載條件下,雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力,這對(duì)結(jié)構(gòu)件應(yīng)付突發(fā)事故如沖撞、爆炸等,雙相不銹鋼優(yōu)勢(shì)明顯,有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

 

    2、與鐵素體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下:

 

    (1)綜合力學(xué)性能比鐵素體不銹鋼好,尤其是塑韌性,不象鐵素體不銹鋼那樣對(duì)脆性敏感。

 

    (2)除耐應(yīng)力腐蝕性能外,其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。

 

    (3)雙相不銹鋼的冷加工工藝性能和冷成型性能遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼。

 

    (4)焊接性能也遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼,一般焊前不需預(yù)熱,焊后不需熱處理。

 

    (5)應(yīng)用范圍較鐵素體不銹鋼寬。

 

    (二)雙相不銹鋼的缺點(diǎn)

 

    1、與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的弱勢(shì)有:

 

    (1)應(yīng)用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼,耐熱性較低,其使用溫度須控制在300℃以下。

 

    (2)其塑韌性較奧氏體不銹鋼低,冷加工比奧氏體不銹鋼的加工硬化效應(yīng)大,在管、板承受變形初期,需要施加較大的力才能變形,使管、板產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大。含25%Cr的雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼熱加工困難。

 

    (3)存在中溫脆性區(qū),需要嚴(yán)格控制熱處理和焊接的工藝制度,以避免有害相的出現(xiàn),損害性能。

 

    2、與鐵素體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的弱勢(shì)如下:合金元素含量高,價(jià)格相對(duì)高,一般鐵素體不含鎳。

 

    二、雙相不銹鋼的分類(lèi)和牌號(hào)

 

    到目前為止,雙相不銹鋼的發(fā)展經(jīng)歷了三代,目前世界各國(guó)均有其牌號(hào)。典型的雙相不銹鋼可分為四類(lèi):

 

    第一類(lèi)屬低合金型,代表牌號(hào)是UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N),鋼中不含鉬,耐點(diǎn)蝕當(dāng)量PRE值為24~25,在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替AISI304(0Cr18Ni9)或316(OCr17Ni12Mo2)使用。

 

    第二類(lèi)屬中合金型,代表牌號(hào)是UNS S31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PRE值為32~33,它的耐蝕性能介于AISI316L(OOCr17Ni14Mo2)和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。

 

    第三類(lèi)屬高合金型,一般含25%Cr,還含有鉬和氮,有的還含有銅和鎢,標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)有UNS S32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PRE值為38~39,這類(lèi)鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。

 

    第四類(lèi)屬超級(jí)雙相不銹鋼型,含高鉬和氮,標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)有UNS S32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),有的也含鎢和銅,PRE值大于40,可適用于苛刻的介質(zhì)條件,具有良好的耐蝕與力學(xué)綜合性能,可與超級(jí)奧氏體不銹鋼相媲美。

 

    三、雙相不銹鋼的應(yīng)用

 

    雙相不銹鋼以其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)廣泛用于各領(lǐng)域:

 

    紙漿和造紙工業(yè):紙漿和造紙工業(yè)是最早使用雙相不銹鋼的加工工業(yè)。使用雙相不銹鋼代替304和316奧氏體不銹鋼制成的硫酸和亞硫酸蒸煮鍋,提高了蒸鍋的耐腐蝕能力和強(qiáng)度,同時(shí)壁厚減少很多,降低了蒸鍋的總重量。

 

    化學(xué)加工業(yè):化學(xué)加工業(yè)所涉及的范圍非常廣,工況也較為復(fù)雜。保存工業(yè)濕法磷酸的儲(chǔ)槽,通常用316L或317L型奧氏不銹鋼來(lái)制造,但壁很厚。采用雙相不銹鋼2205,強(qiáng)度幾乎高出316L和317L一倍,且能減少壁厚,從而減少儲(chǔ)槽的重要和費(fèi)用。同時(shí),在工業(yè)硫酸環(huán)境中,特別是在含有氯離子存在的情況下,2205的耐局部腐蝕能力比奧氏體不銹鋼更好。

 

    食品和飲料工業(yè):食品和飲料工業(yè)生產(chǎn)一般在含氯離子的熱溶液中進(jìn)行加工。雙相不銹鋼在耐應(yīng)力腐蝕破裂方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此,根據(jù)使用環(huán)境的不同,可選用不同雙相不銹鋼,但在總費(fèi)用上也比奧氏體不銹鋼占優(yōu)勢(shì)。

 

    運(yùn)輸業(yè):由于雙相不銹鋼的高強(qiáng)度和優(yōu)良的耐腐蝕性能,使其在用于制作化學(xué)品船時(shí),有很大的優(yōu)勢(shì)。減輕了船的重要,降低了燃料的消耗,在這方面,使用最多的是22%鉻型雙相不銹鋼。同時(shí)可滿(mǎn)足所載貨物需要材料的耐腐蝕性能。

 

    建筑業(yè):在沿海地區(qū),空氣中充滿(mǎn)了從海水蒸發(fā)出來(lái)的海洋大氣,其中氯離子濃度要比內(nèi)陸的空氣高得多,因此,需要耐海水腐蝕的材料。而雙相不銹鋼的耐腐蝕正具有這一優(yōu)勢(shì),同時(shí),它的高強(qiáng)度還可減輕重量。目前,有許多海上石油平臺(tái)均采用雙相不銹鋼來(lái)制造防爆墻。

 

    石油化工工業(yè):石油化工和化學(xué)工業(yè)腐蝕環(huán)境的特征是反應(yīng)溫度較高,介質(zhì)中常含有高濃度或中等濃度的氯化物,容易誘發(fā)不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂。因此,這一領(lǐng)域中不僅需要雙相不銹鋼,更多的還要使用超級(jí)雙相不銹鋼。

 

    煉油工業(yè)是使用雙相不銹鋼較多的領(lǐng)域之一,主要用在常減壓蒸餾、催化裂化加氫脫硫等裝置,國(guó)內(nèi)外都有使用。另外,雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產(chǎn)中用量逐漸增多,主要用作生產(chǎn)管襯里、岸上和近海的管道系統(tǒng)以及熱交換器。

 

    此外,雙相不銹鋼還成功地應(yīng)用在廢水處理?yè)Q熱器、熱水管、熱水器中。

 

    四、結(jié)語(yǔ)

 

    雙相不銹鋼經(jīng)過(guò)三代的發(fā)展和完善,從生產(chǎn)、加工制造及應(yīng)用來(lái)看,在一些用途上取代了奧氏體不銹鋼。它以其優(yōu)越的力學(xué)與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞,已成為既節(jié)省重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。近年隨著超級(jí)雙相不銹鋼的步入市場(chǎng),為擴(kuò)大雙相不銹鋼的選用和新鋼種的開(kāi)發(fā)進(jìn)一步創(chuàng)造了條件。

 

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