雙相不銹鋼知識(shí)的詳解
發(fā)布時(shí)間：2024-04-17
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雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱(chēng)DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨著鉻含量的增加而提高，當(dāng)鋼中的鉻含量Cr≥12%，會(huì)在鋼的表面形成一層非常薄，但很致密的氧化膜(通稱(chēng)鈍化膜)，保護(hù)基體不再被氧化或腐蝕，不銹鋼因此具有優(yōu)良的耐蝕性能。雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱(chēng)DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
圖：雙相不銹鋼的微觀組織
代表牌號(hào)UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），鋼中不含鉬，PREN值為24-25，在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替AISI304或316使用。 代表牌號(hào)是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,PREN值為32-33，其耐蝕性能介于AISI 316L和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。 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)UNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N），PREN值為38-39，這類(lèi)鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。 含高鉬和氮，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)UNS S32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）,有的也含鎢和銅,PREN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。 由于兩相組織的特點(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)。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優(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，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。
與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢(shì)如下： （1）應(yīng)用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。
（2）其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。
（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。
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，不像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）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。
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。 雙相不銹鋼不管是在高度腐蝕環(huán)境還是在不銹鋼結(jié)構(gòu)的工程材料方面都是一種萬(wàn)能的材料。其用途包括：
● 化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)； 雙相不銹鋼是集優(yōu)良耐腐蝕性、高強(qiáng)度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼類(lèi)。其物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。 雙相不銹鋼已有近80年的歷史，其顯微組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半。早期的牌號(hào)是鉻、鎳和鉬的合金。第一批鍛軋雙相不銹鋼于1930年在瑞典生產(chǎn)，并用于亞硫酸鹽造紙工業(yè)。這些鋼種是高碳雙相不銹鋼，其最初的開(kāi)發(fā)目的是為了減少晶間腐蝕問(wèn)題。1930年芬蘭生產(chǎn)出雙相不銹鋼鑄件，1936年法國(guó)獲得專(zhuān)利鋼種，就是后來(lái)著名的Uranus50。二戰(zhàn)后，AISI329不銹鋼成為成熟的牌號(hào)并廣泛用于硝酸裝置的熱交換器管道。3RE60是專(zhuān)為提高耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂（SCC）性能而開(kāi)發(fā)的第一代雙相不銹鋼牌號(hào)之一；后來(lái)，鍛造和鑄造雙相不銹鋼牌號(hào)均用于各種加工工業(yè)，包括容器、熱交換器和泵。 第一代雙相不銹鋼具有良好的性能，但在焊接狀態(tài)下有局限性。焊縫的熱影響區(qū)（HAZ）由于鐵素體過(guò)多而韌性低，并且耐腐蝕性明顯低于母材。這些局限性限制了第一代雙相不銹鋼的應(yīng)用，通常僅限于非焊接狀態(tài)使用。1968年不銹鋼精煉和氬氧脫碳（AOD）工藝的發(fā)明，使一系列新不銹鋼鋼種的產(chǎn)生成為可能。AOD所帶來(lái)的諸多進(jìn)步之一便是氮作為合金元素的刻意添加。雙相不銹鋼的氮合金化使得焊接狀態(tài)下HAZ的韌性和耐腐蝕性接近于母材成為可能。隨著奧氏體穩(wěn)定性的提高，氮也降低了有害金屬間相的形成速率。 第二代雙相不銹鋼具有氮合金化的特征。這一新的商品化進(jìn)展始于上世紀(jì)70年代后期，正好與北海海上油氣田的開(kāi)發(fā)以及對(duì)具有優(yōu)異耐氯離子腐蝕性能、良好的加工性能和高強(qiáng)度的 不銹鋼的需求相吻合。2205成為第二代雙相不銹鋼的主要牌號(hào)并廣泛用于海上石油平臺(tái)集氣管線和處理設(shè)施。由于這類(lèi)鋼的強(qiáng)度高，允許在平臺(tái)上進(jìn)行減小壁厚和減重，使其應(yīng)用有很大的吸引力。雙相不銹鋼一直在不斷發(fā)展，雙相不銹鋼包含一系列腐蝕特性各不相同的牌號(hào)，其腐蝕性能取決于它們的合金成分?，F(xiàn)代雙相不銹鋼可分為五種類(lèi)型： * 不添加鉬的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼如2304； * 標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼如2205，是主要的鋼種，占雙相鋼用量的80%以上； * 25Cr雙相不銹鋼如合金255，PREN值小于40； * 超級(jí)雙相不銹鋼（PREN值40～45），含25％～26%Cr，比25Cr雙相不銹鋼更高的鉬和氮的含量，如2507； * 特超級(jí)雙相不銹鋼，PREN值超過(guò)45的高合金化雙相不銹鋼。
