雙相不銹鋼

時間：2019-07-05作者：河北萬川管道制造有限公司瀏覽：1

1.4462雙相鋼介紹

雙相不銹鋼(Duplex stainless steel)
雙相不銹鋼是一種鐵素體相和奧氏體相共存的不銹鋼，同時也是集優(yōu)良的耐蝕性能、高強度和易于加工制造等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種。
雙相不銹鋼已經(jīng)有60多年的歷史，世界上**批雙相不銹鋼于1930年在瑞典生產(chǎn)出來并用于亞硫酸鹽造紙工業(yè)。
1968年不銹鋼精煉工藝——氬氧脫碳工藝(AOD)的發(fā)明，使一系列新的不銹鋼的產(chǎn)生成為可能。AOD工藝帶來的諸多進步之一就是合金元素N的添加。雙相不銹鋼添加N元素可以使焊接狀態(tài)下熱影響區(qū)的韌性和耐蝕性能接近于基體金屬的性能，還可以降低有害金屬間相的形成速率。
雙相不銹鋼同奧氏體不銹鋼一樣，是一種按腐蝕性能排序的鋼種，腐蝕性能取決于它們的合金成分。雙相不銹鋼一直在不斷發(fā)展，現(xiàn)代的雙相不銹鋼可以分為四種類型：
1、不含Mo的低級雙相不銹鋼2304；
2、標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼2205（德標(biāo)1.4462），占雙相鋼總量的80%以上；
3、25%Cr的雙相不銹鋼，典型代表合金255，可歸為**級雙相不銹鋼；
4、**級雙相不銹鋼，含25-26%Cr,與255合金相比Mo和N的含量增加。典型代表鋼種2507。 
雙相不銹鋼中的合金元素主要是Cr鉻、Mo鉬、N氮、Ni鎳，它們在雙相鋼中的作用如下：
1、Cr鉻
鋼中較少含有10.5%的Cr才能形成保護鋼不受大氣腐蝕的穩(wěn)定的鈍化膜。不銹鋼的耐蝕性能隨Cr的含量提高而增強。Cr是鐵素體元素，它可以使具有體心立方晶格的鐵組織穩(wěn)定，也可以提高鋼在高溫下的抗氧化能力。
2、Mo鉬
Mo與Cr協(xié)同作用能提高不銹鋼的抗氯化物腐蝕的能力。Mo在氯化物環(huán)境下的抗點蝕和縫隙腐蝕的能力是Cr的3倍(參見CPT公式)。Mo是鐵素體形成元素，同樣能促進形成金屬間相。因此，通常奧氏體不銹鋼中Mo含量小于7.5%，雙相鋼中小于4%。
3、N氮
N元素可增加奧氏體和雙相不銹鋼的抗點蝕和縫隙腐蝕的能力，并可以顯著地提高鋼的強度，它是固溶強化較有效的一個元素。在提高鋼強度的同時，N元素還可以增加奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼的韌性，延緩金屬間相的形成，使雙相不銹鋼有足夠的時間進行加工和制造，還可以抵消因高Cr、Mo所帶來的易于形成σ相的傾向，
N是強烈的奧氏體元素，在奧氏體不銹鋼中能部分取代Ni。雙相不銹鋼中一般加入幾乎接近溶解度極限的N和用以調(diào)整達到相平衡的Ni。鐵素體元素Cr和Ni與奧氏體形成元素Ni和N需要達到平衡，才能獲得期望的雙相組織。
4、Ni鎳
Ni是穩(wěn)定奧氏體組織的元素。鐵基合金中添加Ni可促使不銹鋼從體心立方晶體結(jié)構(gòu)(鐵素體)轉(zhuǎn)化為面心立方晶體結(jié)構(gòu)(奧氏體)。
Ni可以延緩金屬間相的形成，但效果遠不如N有效。

下面介紹雙相不銹鋼，幫助了解其性能。
1：1.4462標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼（00Cr22Ni5Mo3N）
一、引言
1.4462是一種加N雙相不銹鋼。N的加入明顯地改善了1.4462的耐腐蝕性能，尤其是焊接的情況。早期的雙相不銹鋼可以耐中等強度的均勻腐蝕和氯應(yīng)力腐蝕斷裂，但是在焊接情況下使用時，其性能就會大大下降。為了改善這種情況，N元素就加入了2205雙相不銹鋼，這樣不僅使耐腐蝕性能上升，而且焊接使用情況也很良好。德標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)對2205雙相鋼的含N量要求是0.1-0.2%，Cr、Mo、Ni的含量也有要求，所以1.4462雙相鋼的點蝕當(dāng)量PREN值達到了35.8，進一步提高了耐蝕性能。
當(dāng)有恰當(dāng)?shù)臒崽幚頃r，1.4462中22%的Cr和3.5%的Ni、3%的Mo、0.16%的N就會產(chǎn)生包括奧氏體相和鐵素體相平衡的顯微組織結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分讓1.4462不銹鋼有比316和317不銹鋼較好和較廣泛的耐蝕性能，同時還有比普通奧氏體不銹鋼兩倍還高的屈服強度。
1.4462是使用較廣泛的雙相不銹鋼材料，在出廠前的所有1.4462不銹鋼都要金相檢驗，以防止加工過程中產(chǎn)生σ相。1.4462較常見的應(yīng)用形式是焊管和管件，在有較強的均勻腐蝕和應(yīng)力腐蝕的情況下，板材應(yīng)用也很廣泛。



二、化學(xué)成分和機械試驗數(shù)據(jù) 












三、耐蝕性能
1、氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂
不含鎳的鐵素體鋼對氯化物的應(yīng)力腐蝕斷裂有天生的*力，即使在苛刻的42%的MgCl2溶液中也是如此，從另一方面來說，含鎳的奧氏體不銹鋼則很*受到氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂的影響。奧氏體和鐵素體不銹鋼對氯離子的應(yīng)力腐蝕斷裂的抵抗取決于合金中鎳的含量。
從某種意義上說，雙相合金是奧氏體相和鐵素體相的合成，但在雙相合金中的成分都會傾向于某一相。例如，鐵素體相中的Ni要比奧氏體相中的Ni含量少的多，因此，雙相合金對氯離子的應(yīng)力腐蝕斷裂的抵抗性要比傳統(tǒng)300系列不銹鋼好的多。
下表是是304和1.4462在幾種沸騰溶液中的腐蝕性能試驗結(jié)果。
	應(yīng)力腐蝕斷裂試驗情況
合金	沸騰42%MgCl2	沸騰33%LiCl	沸騰26%NaCl
304L(8%Ni)	失敗(20h)	失敗(96h)	失敗(850h)
439(鐵素體型)	通過(2000h)	通過(2000h)	通過(1000h)
1.4462	失敗(89h)	通過(1000h)	通過(1000h)
1.4462(焊接)	失敗(89h)	通過(1000h)	通過(1000h)
2、點蝕和縫隙腐蝕
對氯離子的點蝕和縫隙腐蝕的評定可以使用ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48試驗方法(10%FeCl3-6H2O)，并且逐漸提高溫度直到發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕發(fā)生為止。則首先發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕發(fā)生的溫度稱為臨界縫隙腐蝕溫度，可以用來衡量材料耐縫隙腐蝕的能力，但在氯化溶液中不必要標(biāo)明合金的限制使用溫度。

下表是退火1.4462鋼板材和316L、317L等合金的縫隙腐蝕溫度試驗對比情況。
10%FeCl3溶液中的縫隙腐蝕數(shù)據(jù)
合金	縫隙腐蝕發(fā)生溫度(℃)
典型316	-3
典型317	2
1.4462	20
E-BRITE26-1	24
AL-6XN	45
Inconel625	45
AL 29-4C	52



3、均勻腐蝕
1.4462對稀的還原性酸和高濃度的氧化性酸有抵抗性，對低濃度的**酸也有抵抗性，但在高溫高濃度下要小心使用。下表是316L和1.4462普通狀態(tài)和焊接狀態(tài)的腐蝕試驗對比情況。
腐蝕對比試驗數(shù)據(jù)
試驗溶液(沸騰)	腐蝕率(mm/a)
	典型316L	1.4462
	基材	焊接材料	基材	焊接材料
20%醋酸	＜0.01	＜0.01	＜0.01	＜0.01
45蟻酸	0.60	0.53	0.01	0.01
1%鹽酸	0.02	1.61	0.02	0.02
65%硝酸	0.56	0.46	0.52	0.49
10%草酸	1.22	1.13	0.20	0.13
20%磷酸	0.02	0.03	0.02	0.03
10%硫酸氫鈉	1.82	1.43	0.65	0.51
50%**	1.97	2.17	0.61	0.57
10%氨基磺酸	*	3.03	0.56	0.44
10%硫酸	16.1	16.7	5.23	5.08
硫酸鐵+50%硫酸(A262B)	0.66	0.59	0.51	0.45
類型	密度	比熱（20℃）	熱導(dǎo)率（W/(m*K)）
			100℃	300℃	500℃
1.4462	7.88g/cm3	0.45 J/(g*K)	19	21	23
304	7.93g/cm3	0.502 J/(g*K)	16.3	18.8	21.4
316L	7.98g/cm3	0.502 J/(g*K)	15.1	18.4	20.9
四、物理性能

















五、力學(xué)性能
高溫下的拉力性能
1.4462雙相鋼在ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范中被允許使用在316℃以下溫度。其強度可以通過ASME鍋爐與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中的許用應(yīng)力來表示。下表是典型316和1.4462的許用應(yīng)力對比情況。焊接管件的焊縫系數(shù)取0.85。
如此大的許用應(yīng)力可以和有很利地使用在過程裝備設(shè)計中。

較大許用應(yīng)力(依據(jù)ASME規(guī)范)
溫度(℃)	1.4462（MPa）	典型316（MPa）
38	155	130
93	155	112
149	150	101
204	144	92
260	141	86
316	139	81




沖擊性能
1.4462雙相鋼可以從高溫塑性破壞向低溫脆性斷裂轉(zhuǎn)變，此塑性-脆性的轉(zhuǎn)變溫度可以通過在343-538°C長時間的保溫來充分地提高。不恰當(dāng)?shù)暮附庸に?，例如使用純粹的Cr不銹鋼填料，可以提高焊縫向沖擊脆性轉(zhuǎn)變的敏感性。
高溫對力學(xué)性能的影響
ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范中明確規(guī)定1.4462雙相鋼的使用溫度上限是316℃，因為雙相鋼有一個“475℃脆化”的問題，主要是由于鐵素體相在343-538℃之間加熱時會出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。但這種脆化是可逆的，只要通過在593℃以上加熱就可以還原。然而，另外一個脆化溫度區(qū)間是538-1000℃，因為有有害于沖擊性和腐蝕性的中間相析出。整體退火和快速冷卻處理可以消除脆性相，同時也是消除成形應(yīng)力和“475℃脆化”可以選擇方案。

六、成形和熱處理
1.4462可以很成功地冷彎和拉伸。相對于普通奧氏體不銹鋼來說，1.4462有很高的強度，對成形設(shè)備要求有很高的要求。雙相鋼中鐵素體相的延伸率比奧氏體相要小，所以1.4462在彎曲時其彎曲半徑要比奧氏體不銹鋼大。
此外，1.4462管材和管板脹接時，由于其彈性延伸率較低，所以其脹接程度要受到限制。1.4462相對于很多管板材料來說其強度是很高的，因此，1.4462管材和其它材料的管板脹接時要十分小心。
重度彎曲變形后要整體退火(不只是消應(yīng)力退火)，以防止在使用環(huán)境中應(yīng)力腐蝕開裂，消應(yīng)力熱處理的溫度一般在316-927℃之間，至于對材料性能的影響不作考慮。


七、熱處理
1.4462的退火溫度一般在1020-1100℃并快速冷卻，在1100℃附近熱處理時，會讓鐵素體相含量大大增加。

八、焊接
1.4462雙相鋼中的鐵素體相和奧氏體相含量基本相同，氧炔焊會讓基材的焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體含量上升，并行的退火處理可以恢復(fù)兩相的平衡。然而退火處理后焊縫的鐵素體含量還是要稍高一點。焊縫中的鐵素體含量不可以過高。
匹配的填料金屬對1.4462的焊接來說是有經(jīng)濟性的，象AWS 2209這樣的填料金屬有比基材金屬較高的含Ni量，主要是為了使焊區(qū)域產(chǎn)生相平衡，讓焊縫區(qū)域和基材金屬有用樣的化學(xué)成分。當(dāng)1.4462和異種鋼焊接時，填料金屬中要含有一些奧氏體形成元素，以便可以形成一條奧氏體焊縫。焊縫區(qū)域如含有大量鐵素體晶粒，就會讓材料的室溫沖擊韌性大大降低。
標(biāo)準(zhǔn)
ASTM/ASME...........A240 UNS S31803
EURONORM...........1.4462 X2CrNiMoN 22.5.3
AFNOR...................Z3 CrNi 22.05 AZ
DIN.........................W. Nr 1.4462


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• 雙相不銹鋼

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