雙相不銹鋼參數對比

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

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、標準雙相不銹鋼2205（德標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

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，它是固溶強化最有效的一個元素。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、M

4、o所帶來的易于形成相的傾向，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構(鐵素體)轉化為面心立方晶體結構(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標準雙相不銹鋼（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度的均勻腐蝕和氯應力腐蝕斷裂，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。德國標準對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雙相鋼的點蝕當量PREN值達到了35.8，進一步提高了耐蝕性能。當有恰當的熱處理時，1.4462中22%的Cr和3.5%的Ni、3%的Mo、0.16%的N就會產生包括奧氏體相和鐵素體相平衡的顯微組織結構，這種結構和化學成分讓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，以防止加工過程中產生相。1.4462最常見的應用形式是焊管和管件，在有較強的均勻腐蝕和應力腐蝕的情況下，板材應用也很廣泛。二、化學成分和機械試驗數據三、耐蝕性能1、氯化物應力腐蝕斷裂不含鎳的鐵素體鋼對氯化物的應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力腐蝕斷裂的影響。奧氏體和鐵素體不銹鋼對氯離子的應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果。應力腐蝕斷裂試驗情況合金沸騰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標準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據合金縫隙腐蝕發(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。腐蝕對比試驗數據試驗溶液(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鍋爐與壓力容器標準中的許用應力來表示。下表是典

11、型316和1.4462的許用應力對比情況。焊接管件的焊縫系數取0.85。如此大的許用應力可以和有很利地使用在過程裝備設計中。最大許用應力(依據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變，此塑性-脆性的轉變溫度可以通過在343-538°C長時間的保溫來充分地提高。不恰當的焊接工藝，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變的敏感性。高溫對力學性能的影響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有很高的強度，對成形設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，1.4

13、462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(不只是消應力退火)，以防止在使用環(huán)境中應力腐蝕開裂，消應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的焊接來說是有經濟性的，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)域產生相平衡，讓焊縫區(qū)域和基材金屬有用樣的化學成分。當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。標準ASTM/