超級鐵素體不銹鋼產生于20世紀70~80年代,當時工業發展急需能適應各種水質條件的換熱器材料,尤其是以海水為冷卻介質的電廠表面冷凝器。為此,許多國家開發了高鉻鉬的超級鐵素體不銹鋼,即鉻:>25%、鉬:>2%,其耐點蝕和耐縫隙腐蝕的性能遠優于常規鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼,相當于超級奧氏體不銹鋼,其耐點蝕指數PREN(wc+3.3wmo)≥35,最高可達40以上。表9.31為已商業化的超級鐵素體不銹鋼的化學成分。
超(chao)(chao)級鐵(tie)(tie)素體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼按碳、氮含量的不同,可(ke)區分為高(gao)純(chun)和一般(ban)純(chun)度(du)兩類。前者碳:≤0.01%、氮:≤0.015%、碳+氮:≤0.01%;后(hou)者采(cai)用加(jia)入(ru)Ti、Nb穩(wen)(wen)定(ding)化(hua)措施以防止敏(min)化(hua)后(hou)耐蝕性(xing)(xing)降低。高(gao)純(chun)超(chao)(chao)級鐵(tie)(tie)素體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼性(xing)(xing)能(neng)好,但生(sheng)(sheng)產成本偏高(gao),除在特(te)殊情況下一般(ban)不被(bei)采(cai)用;一般(ban)純(chun)度(du)并加(jia)人穩(wen)(wen)定(ding)化(hua)元(yuan)素一類,可(ke)采(cai)用通用不銹(xiu)(xiu)鋼裝備進行生(sheng)(sheng)產,其(qi)性(xing)(xing)能(neng)亦可(ke)達到高(gao)純(chun)度(du)類的水平,因此采(cai)用較多。GB/T 4237-2015和GB/T 3080-2015納入(ru)了(le)4個超(chao)(chao)級鐵(tie)(tie)素體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(見表(biao)9.6)。
由于電力行業使用鐵素體不銹鋼制作熱交換器和冷凝器用不銹鋼焊管日益增多,以替代銅材、鈦合金,我國制定了GB/T 30066-2013《熱交換器和冷凝器用鐵素體不銹鋼焊(han)接鋼管》,共列入了23個牌號,其中低鉻類5個、中鉻類6個、高鉻類4個,其余8個為超級鐵素體不銹鋼,超級鐵素體不銹鋼用于氯離子濃度高的海水等介質。外徑不大于60mm、壁厚不大于2.7mm時,鋼管應以冷軋鋼帶為原料,采用不添加填充金屬的自動焊接方法制造。
GB/T 30066-2013中列人的8個超級鐵素體不銹鋼牌號為008Cr27Mo、022Cr27Ni2Mo4NbTi、022Cr29Mo4NbTi、008Cr30Mo2、019Cr25Mo4Ni4NbTi、008Cr29Mo4、008Cr29Mo4Ni2、012Cr28Ni4Mo2Nb。前面4個牌號亦列入了GB/T 3280-2015,其化學成分見表9.6,但略有差異,主要是對S、P、的要求更為嚴格。其余的4個牌號:019Cr25Mo4Ni4NbTi即瑞典的25Cr-4Mo(Monit)鋼,008Cr29Mo4 即美國的29Cr-4Mo(S44700)鋼,008Cr29Mo4Ni2 即美國的AL29-4-2(S44800)鋼,012Cr28Ni4Mo2Nb即德國的X1CrNiMoNb28-4-2鋼,這些鋼的化學成分見表9.31。
Cr、Mo復合(he)(he)合(he)(he)金化是超級鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)合(he)(he)金化特點,Strecher于1974年公布的(de)(de)(de)Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)與鋼(gang)的(de)(de)(de)耐點蝕(shi)(shi)、耐縫隙腐蝕(shi)(shi)、耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)之間的(de)(de)(de)關系(xi)曲(qu)線,是超級鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)發展的(de)(de)(de)基礎。為了能滿(man)足所(suo)規定的(de)(de)(de)3種腐蝕(shi)(shi)條件,鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)需恰(qia)當配比,當wc在25%~32%范圍(wei)內,隨Cr含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)提高(gao),為滿(man)足對(dui)(dui)耐蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)要求,所(suo)需加入的(de)(de)(de)Mo含(han)量(liang)(liang)隨之下(xia)降。此外,還應(ying)考慮Cr、Mo對(dui)(dui)脆(cui)(cui)性和韌脆(cui)(cui)轉變(bian)溫度(du)的(de)(de)(de)影響(xiang),過(guo)高(gao)的(de)(de)(de)Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)將加劇脆(cui)(cui)性相的(de)(de)(de)析(xi)出和升高(gao)韌脆(cui)(cui)轉變(bian)溫度(du)。因此,超級鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)Cr、Mo均限(xian)制在一定范圍(wei)之內,形成了25Cr-4Mo、27Cr-4Mo、28Cr-2Mo、29Cr-4Mo、30Cr-2Mo等類型的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。
這(zhe)類鋼鉻、鉬含量高,在600~950℃加(jia)熱和停留(liu),極易析出(chu)σ、X、Laves等相,嚴重惡化鋼的性(xing)能(neng)。因此(ci),在高溫(wen)加(jia)熱進行(xing)熱處理時,保溫(wen)后(hou)需急冷,焊后(hou)也要(yao)求快速(su)冷卻。
鐵素體不銹鋼的(de)韌脆轉變溫度過(guo)(guo)高是影(ying)響其應用的(de)一個(ge)重要因(yin)素,可以(yi)通過(guo)(guo)控制(zhi)C、N含量,熱處理(li)時采用快(kuai)速冷卻和減(jian)小截面(mian)尺(chi)寸予以(yi)解決(jue)。