雙相不銹鋼知識的詳解
發(fā)布時間：2024-04-17
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雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱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，當鋼中的鉻含量Cr≥12%，會在鋼的表面形成一層非常薄，但很致密的氧化膜(通稱鈍化膜)，保護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，簡稱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，標準牌號UNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N），PREN值為38-39，這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。 含高鉬和氮，標準牌號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綜合性 能，可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。 由于兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，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。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下： （1）屈服強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?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)復合板或襯里等。
（6）不論在動載或靜載條件下，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)勢明顯，有實際應(yīng)用價值。 （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)勢如下： （1）綜合力學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優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
（4）焊接性能也遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理。
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能的材料。其用途包括：
雙相不銹鋼是集優(yōu)良耐腐蝕性、高強度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼類。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，其最初的開發(fā)目的是為了減少晶間腐蝕問題。1930年芬蘭生產(chǎn)出雙相不銹鋼鑄件，1936年法國獲得專利鋼種，就是后來著名的Uranus50。二戰(zhàn)后，AISI329不銹鋼成為成熟的牌號并廣泛用于硝酸裝置的熱交換器管道。3RE60是專為提高耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂（SCC）性能而開發(fā)的第一代雙相不銹鋼牌號之一；后來，鍛造和鑄造雙相不銹鋼牌號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所帶來的諸多進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。這一新的商品化進展始于上世紀70年代后期，正好與北海海上油氣田的開發(fā)以及對具有優(yōu)異耐氯離子腐蝕性能、良好的加工性能和高強度的 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并廣泛用于海上石油平臺集氣管線和處理設(shè)施。由于這類鋼的強度高，允許在平臺上進行減小壁厚和減重，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，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型： * 不添加鉬的經(jīng)濟型雙相不銹鋼如2304； * 標準雙相不銹鋼如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； * 特超級雙相不銹鋼，PREN值超過45的高合金化雙相不銹鋼。
