α+γ鉻鎳雙相不銹鋼(以下簡稱雙相不銹鋼)的發展,大致經歷了三個重要階段。根據雙相不銹鋼所含的特征元素、PRE值、α和γ兩相比例的變化、出現年代以及性能特點,大家習慣地把雙相不銹鋼分為第一代、第二代和第三代雙相不銹鋼。若按鋼中特征元素分類可分為低合金、中合金和高合金雙相不銹鋼。第一代雙相不銹鋼受兩相比例控制、熱加工性、焊接性以及經濟性等因素的影響,此類鋼的產量較低,但是,現代雙相不銹鋼的問世很大程度上克服了第一代雙相不銹鋼所存在的缺點和不足,現代雙相不銹鋼的應用范圍有了進一步開發,已成為一類在工程應用領域極具發展前景的鋼類。
表6.1列(lie)出了(le)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)在(zai)不(bu)(bu)同時期大致年(nian)代(dai)的發展概況和(he)一些主要牌號。
1971年以(yi)前,所開發的(de)(de)牌(pai)號屬于(yu)第(di)一代(dai)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),其中包括20世紀30年代(dai)的(de)(de)第(di)一個雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第(di)一代(dai)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)含氮(dan)量處(chu)于(yu)電弧爐冶煉(lian)的(de)(de)常規水平。雖然第(di)一代(dai)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)已將雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)性(xing)能特(te)點充(chong)分(fen)顯(xian)示了出來(lai),但由于(yu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐點蝕(shi)當(dang)量PRE值較低,各(ge)牌(pai)號間的(de)(de)固(gu)溶態相(xiang)(xiang)(xiang)比例差別(bie)也較大,而且尚(shang)難以(yi)準確控制(zhi),特(te)別(bie)是焊后,熔合線和(he)焊縫熱影響區常常呈現(xian)的(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)鐵素(su)體組織,導(dao)致焊接(jie)接(jie)頭處(chu)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang)優良特(te)性(xing)顯(xian)著下(xia)降,甚(shen)至完全喪失,嚴(yan)重阻礙了雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在焊接(jie)用途的(de)(de)應用和(he)發展(zhan)。
1971~1989年問世的牌號,屬于第二代雙相不銹鋼,特點是鋼中都含有氮。由于氮是強烈形成并穩定奧氏體的元素,隨鋼中氮量增加,一方面母材中奧氏體相比例提高,高溫下奧氏體穩定性也增加,相同溫度下,轉變為鐵素體的數量會有所減少[圖6.1a],另一方面,從高溫冷卻過程中,氮的高擴散速率也有利于鐵素體向二次奧氏體γ2的快速轉變,從而可防止焊后熔合線和熱影響區出現單相鐵素體組織。氮的加入為第二代及其以后的幾代雙相不銹鋼的誕生和發展創造了條件。由于氮在不銹鋼中主要是固溶在奧氏體中,因此氮對雙相不銹鋼的有益作用實際上是氮對雙相不銹鋼中奧氏體組織性能影響的反映。同時,雙相不銹鋼中的加氮量要受鋼中奧氏體量的限制;而在鐵素體組織中,由于氮的溶解度極低和氮的過飽和,焊后冷卻過程中,會有更大量的氮化物析出,反而會使鐵素體組織的性能惡化。前面已經述及,現代鐵素體不銹鋼的高純化使傳統鐵素體不銹鋼的缺點和不足有了極大程度的克服,但對雙相不銹鋼而言,使鐵素體相高純化則難以實現。因此,雙相不銹鋼由于鐵素體的存在而獲益,但大量非高純鐵素體組織的存在也會是制約雙相不銹鋼發展的重要因素。
1990年后所出現的一些牌號,屬于第三代雙相不銹鋼,特點是鋼中鉬、氮量進一步提高,使此類鋼的PRE值≥40%,耐蝕性特別是耐點蝕、耐縫隙腐蝕等性能有了進一步改善,目前又稱之為超級(ji)雙(shuang)相不銹鋼(常以SD代表)。
進(jin)入2000年以來(lai)(lai),雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)發展呈現兩(liang)種(zhong)趨(qu)勢。一(yi)方面進(jin)一(yi)步提(ti)高鋼(gang)中合金(jin)元(yuan)素含(han)(han)量(liang)以獲得更高強度和更加優良的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing),如瑞典Sandvik公(gong)司新開發的(de)(de)(de)SAF 2707和SAF 3207。PRE值(zhi)大于(yu)45%,稱特超級雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(常(chang)以HD表示)。另(ling)一(yi)方面轉(zhuan)向開發低鎳量(liang)且(qie)不(bu)(bu)含(han)(han)鉬(mu)或僅含(han)(han)少量(liang)鉬(mu)的(de)(de)(de)經(jing)濟型(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang),以降(jiang)低雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)成本(ben)和售價,并顯著改善(shan)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)熱加工(gong)性(xing)(xing)和焊接(jie)性(xing)(xing),從而增(zeng)加雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)與其他類(lei)型(xing)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)競(jing)爭(zheng)優勢。目前(qian)列入經(jing)濟型(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)有20世紀(ji)80年代開發的(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和2000年以來(lai)(lai)問世的(de)(de)(de)20%~21%Cr型(xing)的(de)(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型(xing)的(de)(de)(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以及(ji)含(han)(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一(yi)些腐蝕(shi)環境中,含(han)(han)20%~22%Cr、含(han)(han)1.5%Ni的(de)(de)(de)幾種(zhong)牌號可代替(ti)304、304L;SAF 2304可代替(ti)304、304L,甚至316和316L;含(han)(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003則(ze)可代316、316L和SAF 2205。
從第二代(dai)和第三(san)代(dai)以(yi)及第四代(dai)雙相不銹鋼(gang)的(de)問世(shi)和發展過程中,可以(yi)觀察到用提高(gao)鋼(gang)中鉻(ge)(ge)量并加(jia)氮相結合合金化以(yi)節約鉻(ge)(ge)鎳奧(ao)氏體中的(de)貴(gui)重元素鎳、鉬的(de)思(si)路(lu)。這(zhe)種思(si)路(lu)充分利用了鉻(ge)(ge)、氮的(de)特性和鋼(gang)中鉻(ge)(ge)與氮共存的(de)優勢。
圖6.1(b)指出(chu)了幾代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)演變(bian)過(guo)程(cheng)。圖6.1(b)中(zhong)指出(chu):雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)Cr+Mo量(liang)應(ying)≥21%,以防止冷成(cheng)型引(yin)發馬(ma)氏體(ti)相(xiang)(xiang)變(bian)而(er)導致的(de)(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(包括耐(nai)蝕性(xing)(xing)、力學性(xing)(xing)能等)的(de)(de)(de)下降;Cr+Mo量(liang)應(ying)≤35%,以防止鋼(gang)的(de)(de)(de)組織(zhi)熱穩(wen)定性(xing)(xing)下降,金屬間相(xiang)(xiang)沉(chen)淀而(er)引(yin)發的(de)(de)(de)塑、韌性(xing)(xing),熱加工性(xing)(xing)和焊接性(xing)(xing)以及耐(nai)蝕性(xing)(xing)的(de)(de)(de)劣化;畫(hua)出(chu)了氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)固溶度極(ji)限,提醒人們注(zhu)意雖然氮(dan)(dan)是有(you)益(yi)元素,但鋼(gang)中(zhong)加入大量(liang)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan),氮(dan)(dan)化物析出(chu)也是有(you)害的(de)(de)(de),氮(dan)(dan)量(liang)若超過(guo)溶解度極(ji)限,鋼(gang)在凝固過(guo)程(cheng)中(zhong),氮(dan)(dan)會(hui)溢(yi)出(chu)而(er)造成(cheng)廢品。
32304為00Cr23Ni4;31803和32205均為00Cr23Ni5Mo3N特超級(ji)雙相鋼3207HD, Cr+Mo量(liang)均已達36%,氮量(liang)上限已達0.6%