由于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼經(jīng)常遭到晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕的破壞,雙相不銹鋼在上述腐蝕類型中表現(xiàn)出了某些優(yōu)越性,為其發(fā)展與應(yīng)用帶來(lái)了巨大的動(dòng)力。
雙相不銹鋼是指在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上提高鐵素體形成元素鉻、錳、硅、鈮等元素含量,降低奧氏體形成元素鎳、碳、錳、氮的含量,從而得到的奧氏體-鐵素體雙相組織,它兼有鐵素體和奧氏體鋼的性能特點(diǎn),而且此兩相組織要獨(dú)立存在,且含量較大。
雙相不銹鋼的物理性能介于鐵素體鋼和奧氏體鋼之間,與奧氏體鋼相比,熱導(dǎo)率大,熱膨脹系數(shù)小,并具有鐵磁性。一般認(rèn)為,在奧氏體基體上有大于或等于15%的鐵素體或在鐵素體基體上有大于或等于15%的奧氏體,均可稱為奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼,簡(jiǎn)稱為雙相不銹鋼。
奧氏體相的存在降低了鐵素體鋼的脆性和晶粒長(zhǎng)大速度,提高了韌性和可焊性;鐵素體相的存在提高了奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度,耐應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和孔蝕性能也顯著提高。雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度約為18-8型奧氏體鋼的2~3倍,抗拉強(qiáng)度與奧氏體鋼相當(dāng),斷裂伸長(zhǎng)率較低。由于雙相不銹鋼中鐵素體含量較多,雙相不銹鋼仍保留有鐵素體鋼的脆性問(wèn)題。隨鋼中鐵素體相比例增大,鋼的韌性降低,脆性傾向增大。但由于奧氏體相的存在,雙相不銹鋼的脆性傾向明顯比鐵素體鋼要低。
雙相不銹鋼連續(xù)使用的溫度范圍為-50℃~250℃,一般不宜在300℃以上使用。雙相不銹鋼一般含鉻18%~28%,鎳的含量不超過(guò)8%,往往加入鉬、銅、鈦、鈮等元素提高耐蝕性。由于鎳含量低,價(jià)格并不比奧氏體鋼更高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的冷、熱加工性能和焊接性能,焊接后熱裂的傾向比奧氏體鋼低,脆化傾向比鐵素體鋼低。但焊接會(huì)導(dǎo)致焊縫區(qū)域鐵素體含量增多以及晶間腐蝕敏感性增大,為了保證焊縫性能,雙相不銹鋼焊接應(yīng)采用特定鋼種推薦的專用焊接材料和焊接規(guī)范,焊后焊縫組織中應(yīng)含有50%左右的奧氏體相。為了避免脆性相析出,高鉻鉬雙相不銹鋼的熱處理及熱加上溫度不能低于950℃,低鉻鉬鋼不能低于900℃。
雙相不銹鋼在通常的腐蝕介質(zhì)中都能鈍化,所以具有很好的耐腐蝕性能,以18-5型雙相不銹鋼為例,它耐硫酸、鹽酸、甲酸、磷酸、草酸腐蝕性能均優(yōu)于奧氏體316L型不銹鋼,僅是耐硝酸腐蝕性稍差,Cr21 和Cr25型雙相不銹鋼在各種介質(zhì)中的耐蝕性都超過(guò)316L鋼。雙相不銹鋼的突出優(yōu)點(diǎn)是耐應(yīng)力腐蝕破裂,其主要原因是:由于兩相組織存在,應(yīng)力腐蝕裂紋在穿過(guò)相界時(shí)頻繁受阻,擴(kuò)展困難;雙相不銹鋼屈服強(qiáng)度較高,在相同外加壓力下不易發(fā)生滑移變形,裂紋難于形成;鐵素體相對(duì)于奧氏體是陽(yáng)極,對(duì)奧氏體相可起到一定的陰極保護(hù)作用。即便在多硫酸和高溫水中,雙相不銹鋼也有很強(qiáng)的耐應(yīng)力腐蝕破裂能力。
雙相不銹鋼通常分為四類:
1. 低合金型雙相不銹鋼:這類鋼的合金成分以鉻、鎳為主,且含量偏低。點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)PRF不大于25。
2. 中合金型雙相不銹鋼:與低合金型雙相不銹鋼相比,加入了鉬或銅。點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù) PRE在25~35之間。
3. 高合金型雙相不銹鋼:這類鋼有較高含量的鉻、鎳及鉬、銅等合金元素,點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)PRE在35~40之間。
4. 超級(jí)雙相不銹鋼:這類鋼除含有較高量的鉻、鎳、鉬、氨合金元素外,有的還加入鎢、銅元素。點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)PRE大于40。