雙相不銹鋼參數(shù)對比

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(shí)也是集優(yōu)良的耐蝕性能、高強(qiáng)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，世界上第一批雙相不銹鋼于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(jìn)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

2、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，可歸為超級雙相不銹鋼；4、超級雙相不銹鋼，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鉻鋼中最少含有10.5%的Cr才能形成保護(hù)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(qiáng)。Cr是

3、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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力，并可以顯著地提高鋼的強(qiáng)度，它是固溶強(qiáng)化最有效的一個(gè)元素。在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)，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(shí)間進(jìn)行加工和制造，還可以抵消因高Cr、M

4、o所帶來的易于形成相的傾向，N是強(qiáng)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(dá)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(dá)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(yuǎn)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

5、是焊接的情況。早期的雙相不銹鋼可以耐中等強(qiáng)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(shí)，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。德國標(biāo)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(diǎn)蝕當(dāng)量PREN值達(dá)到了35.8，進(jìn)一步提高了耐蝕性能。當(dāng)有恰當(dāng)?shù)臒崽幚頃r(shí)，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不銹鋼更好和更廣

6、泛的耐蝕性能，同時(shí)還有比普通奧氏體不銹鋼兩倍還高的屈服強(qiáng)度。1.4462是使用最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(yàn)，以防止加工過程中產(chǎn)生相。1.4462最常見的應(yīng)用形式是焊管和管件，在有較強(qiáng)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(jī)械試驗(yàn)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免疫力，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容易受到氯離子應(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

7、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(yàn)結(jié)果。應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況合金沸騰42%MgCl2沸騰33%LiCl沸騰26%NaCl304L(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(1000

8、h)2、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕對氯離子的點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的評定可以使用ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48試驗(yàn)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(yàn)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31721.446220E-BRITE26-124AL-6XN45Inconel62545AL 29-4C523、均勻腐蝕1.4462對稀的還原性酸和

9、高濃度的氧化性酸有抵抗性，對低濃度的有機(jī)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(yàn)對比情況。腐蝕對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)溶液(沸騰)腐蝕率(mm/a)典型316L1.4462基材焊接材料基材焊接材料20%醋酸0.010.010.010.0145蟻酸0.600.530.010.011%鹽酸0.021.610.020.0265%硝酸0.560.460.520.4910%草酸1.221.130.200.1320%磷酸0.020.030.020.0310%硫酸氫鈉1.821.430.650.5150%氫氧化鈉1.972.170.610.5710%氨基磺酸

10、3.153.030.560.4410%硫酸16.116.75.235.08硫酸鐵+50%硫酸(A262B)0.660.590.510.45類型密度比熱（20）熱導(dǎo)率（W/(m*K)）1003005001.44627.88g/cm30.45 J/(g*K)1921233047.93g/cm30.502 J/(g*K)16.318.821.4316L7.98g/cm30.502 J/(g*K)15.118.420.9四、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(qiáng)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

11、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(jì)中。最大許用應(yīng)力(依據(jù)ASME規(guī)范)溫度()1.4462（MPa）典型316（MPa）3815513093155112149150101204144922601418631613981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(shí)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1.4

12、462雙相鋼的使用溫度上限是316，因?yàn)殡p相鋼有一個(gè)“475脆化”的問題，主要是由于鐵素體相在343-538之間加熱時(shí)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(gè)脆化溫度區(qū)間是538-1000，因?yàn)橛杏泻τ跊_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(shí)也是消除成形應(yīng)力和“475脆化”首選方案。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(qiáng)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(shí)其彎曲半徑要比奧氏體不銹鋼大。此外，1.4

13、462管材和管板脹接時(shí)，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(qiáng)度是很高的，因此，1.4462管材和其它材料的管板脹接時(shí)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(shí)，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(diǎn)。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(jì)性的，象AWS 2209這樣的填料金屬有比基材金屬更高的含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(shí)，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/