雙相不銹鋼性能特點(diǎn)及在各行業(yè)中的應(yīng)用

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，一般最少相的含量要達(dá)到30%的不銹鋼。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，不僅具有奧氏體加鐵素體雙向組織，而且節(jié)約了Ni合金。由于雙向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，雙相不銹鋼能夠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鐵素體的脆性和晶體長(zhǎng)大的傾向性，又保持了優(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。

　　雙相不銹鋼的優(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的儲(chǔ)罐或壓力容器的壁厚比采用普通奧氏體減少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)(如醋酸、甲酸)中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，雙相不銹鋼的耐磨損腐蝕和耐疲勞腐蝕性能都優(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、爆炸等有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　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，一般焊前無(wú)須預(yù)熱，焊后無(wú)須熱處理。

　　(5)應(yīng)用范圍比鐵素體不銹鋼寬。

　　雙相不銹鋼的缺點(diǎn)

　　與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢(shì)有：

　　其一，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。

　　其二，塑韌性比奧氏體不銹鋼低，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，須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。

　　其三，存在中溫脆性區(qū)，必須嚴(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，雙相不銹鋼的弱勢(shì)是：合金元素含量高，價(jià)格相對(duì)高，一般鐵素體不含Ni。

　　雙相不銹鋼的分類(lèi)和牌號(hào)

　　截至目前，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UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1N)，鋼中不含Mo，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UNSS31803(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Mo和N，有的還含有Cu和W，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)有UNSS32550(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M(jìn)o和N，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)有UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N)，有的也含W和Cu，PRE值大于40，可用于苛刻的介質(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。

　　雙向不銹鋼的應(yīng)用

　　雙相不銹鋼以獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)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奧氏不銹鋼來(lái)制造，但壁很厚。采用2205雙相不銹鋼，強(qiáng)度幾乎高出316L和317L一倍，且能減少壁厚，從而減少儲(chǔ)槽的重量和費(fèi)用。同時(shí)，在工業(yè)硫酸環(huán)境中，特別是在含有氯離子的情況下，2205雙相不銹鋼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，而且在總費(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，其在用于制作化學(xué)品船時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，減輕了船的重量，降低了燃料的消耗。在這方面，使用最多的是22%Cr雙相不銹鋼。此外，還可滿(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。雙相不銹鋼的耐腐蝕正具有這一優(yōu)勢(shì)，而且其高強(qiáng)度還可減輕重量。目前，有許多海上石油平臺(tái)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。

　　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)、加工制造和應(yīng)用來(lái)看，在一些用途上已取代了奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼以其優(yōu)越的力學(xué)與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞，已成為既減輕重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。尤其是近年來(lái)超級(jí)雙相不銹鋼也逐漸步入市場(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。