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列出(chu)了雙相不(bu)銹鋼在不(bu)同時期(qi)大致年代的發(fa)展概(gai)況和一些主要(yao)牌號(hao)。
1971年(nian)以(yi)前,所開發(fa)的(de)(de)(de)牌號屬(shu)于第一(yi)代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),其中包括20世紀(ji)30年(nian)代(dai)的(de)(de)(de)第一(yi)個雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第一(yi)代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)含氮量(liang)處(chu)于電弧爐冶煉的(de)(de)(de)常規水平。雖然第一(yi)代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)已將雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)性(xing)能特點充分顯示了出來,但由于鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐點蝕當量(liang)PRE值(zhi)較低,各牌號間的(de)(de)(de)固溶態相(xiang)(xiang)(xiang)比例差別也較大,而且尚難以(yi)準確控制,特別是焊后,熔合線和(he)焊縫(feng)熱影響(xiang)區常常呈現的(de)(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)鐵(tie)素體組織,導致焊接(jie)接(jie)頭處(chu)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang)優良特性(xing)顯著下降,甚至完全喪失,嚴重阻(zu)礙(ai)了雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在焊接(jie)用途的(de)(de)(de)應用和(he)發(fa)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)雙相不銹(xiu)鋼(常以SD代表)。
進入(ru)2000年(nian)(nian)以(yi)(yi)來(lai)(lai),雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展呈現兩種趨勢。一(yi)方面進一(yi)步提高鋼中(zhong)合金元素含(han)量以(yi)(yi)獲(huo)得(de)更(geng)高強(qiang)度和(he)(he)更(geng)加優(you)良的(de)(de)(de)耐蝕性,如(ru)瑞典Sandvik公(gong)司(si)新(xin)開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值大(da)于45%,稱特超(chao)級雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(常以(yi)(yi)HD表示(shi))。另一(yi)方面轉向開發(fa)(fa)低鎳量且不(bu)含(han)鉬(mu)或僅含(han)少量鉬(mu)的(de)(de)(de)經濟(ji)型(xing)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼,以(yi)(yi)降低雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)成(cheng)本和(he)(he)售價(jia),并顯著改(gai)善雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)熱加工性和(he)(he)焊接性,從(cong)而增加雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼與其他類型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)競爭(zheng)優(you)勢。目前列入(ru)經濟(ji)型(xing)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)有20世紀(ji)80年(nian)(nian)代開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年(nian)(nian)以(yi)(yi)來(lai)(lai)問世的(de)(de)(de)20%~21%Cr型(xing)的(de)(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和(he)(he)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(yi)(yi)及含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一(yi)些腐(fu)蝕環境(jing)中(zhong),含(han)20%~22%Cr、含(han)1.5%Ni的(de)(de)(de)幾種牌號可代替(ti)304、304L;SAF 2304可代替(ti)304、304L,甚至316和(he)(he)316L;含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003則可代316、316L和(he)(he)SAF 2205。
從第二代(dai)和(he)第三代(dai)以及第四(si)代(dai)雙相不(bu)銹鋼的(de)問世(shi)和(he)發展(zhan)過程中(zhong)(zhong),可以觀察到用提(ti)高鋼中(zhong)(zhong)鉻(ge)量并加氮相結合合金化以節約(yue)鉻(ge)鎳(nie)奧(ao)氏體中(zhong)(zhong)的(de)貴重(zhong)元素(su)鎳(nie)、鉬的(de)思(si)路。這(zhe)種思(si)路充(chong)分利用了鉻(ge)、氮的(de)特性和(he)鋼中(zhong)(zhong)鉻(ge)與(yu)氮共存的(de)優勢。
圖(tu)6.1(b)指出(chu)(chu)了幾代雙相不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)演變過(guo)程。圖(tu)6.1(b)中(zhong)(zhong)指出(chu)(chu):雙相不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)Cr+Mo量(liang)應(ying)≥21%,以(yi)防止(zhi)(zhi)冷成(cheng)型(xing)引發(fa)馬氏體相變而(er)導致的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(包括耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)、力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能等)的(de)(de)(de)(de)下降(jiang);Cr+Mo量(liang)應(ying)≤35%,以(yi)防止(zhi)(zhi)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組織熱穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)下降(jiang),金屬間相沉淀(dian)而(er)引發(fa)的(de)(de)(de)(de)塑、韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing),熱加工性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)以(yi)及耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)劣化(hua);畫出(chu)(chu)了氮(dan)的(de)(de)(de)(de)固(gu)溶度極限,提醒人們(men)注(zhu)意雖然(ran)氮(dan)是有益元素(su),但鋼(gang)中(zhong)(zhong)加入大量(liang)的(de)(de)(de)(de)氮(dan),氮(dan)化(hua)物(wu)析出(chu)(chu)也是有害的(de)(de)(de)(de),氮(dan)量(liang)若超過(guo)溶解度極限,鋼(gang)在凝固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong),氮(dan)會溢出(chu)(chu)而(er)造成(cheng)廢品(pin)。
32304為00Cr23Ni4;31803和32205均為00Cr23Ni5Mo3N特超級(ji)雙相鋼3207HD, Cr+Mo量均已(yi)達36%,氮(dan)量上限已(yi)達0.6%