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不銹鋼,相當于超級奧氏(shi)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。
超級(ji)(ji)鐵素(su)(su)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)按碳(tan)、氮含量的不(bu)(bu)同,可(ke)區分為高(gao)(gao)純(chun)和一(yi)般純(chun)度兩類。前者碳(tan):≤0.01%、氮:≤0.015%、碳(tan)+氮:≤0.01%;后者采(cai)用加(jia)入(ru)(ru)Ti、Nb穩定化(hua)措施以防止敏(min)化(hua)后耐蝕性降(jiang)低(di)。高(gao)(gao)純(chun)超級(ji)(ji)鐵素(su)(su)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)性能好,但生(sheng)產成本偏高(gao)(gao),除在特殊(shu)情況下一(yi)般不(bu)(bu)被(bei)采(cai)用;一(yi)般純(chun)度并加(jia)人穩定化(hua)元素(su)(su)一(yi)類,可(ke)采(cai)用通(tong)用不(bu)(bu)銹鋼(gang)裝備進行生(sheng)產,其性能亦可(ke)達到高(gao)(gao)純(chun)度類的水平,因此(ci)采(cai)用較多。GB/T 4237-2015和GB/T 3080-2015納入(ru)(ru)了(le)4個超級(ji)(ji)鐵素(su)(su)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(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(han)管(guan)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(gang)(gang)焊接鋼(gang)(gang)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復合合金(jin)化是(shi)(shi)超(chao)級(ji)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)合金(jin)化特點,Strecher于(yu)1974年公布的(de)(de)(de)Cr、Mo含量與鋼的(de)(de)(de)耐(nai)點蝕(shi)(shi)、耐(nai)縫隙腐蝕(shi)(shi)、耐(nai)應力腐蝕(shi)(shi)之間的(de)(de)(de)關系(xi)曲線(xian),是(shi)(shi)超(chao)級(ji)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼發展的(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)。為了能滿(man)足所規定的(de)(de)(de)3種(zhong)腐蝕(shi)(shi)條件,鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼中的(de)(de)(de)Cr、Mo含量需恰(qia)當配比(bi),當wc在25%~32%范(fan)圍內(nei),隨Cr含量的(de)(de)(de)提高,為滿(man)足對(dui)耐(nai)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)要求,所需加入的(de)(de)(de)Mo含量隨之下(xia)降。此外(wai),還應考慮(lv)Cr、Mo對(dui)脆(cui)性和韌脆(cui)轉(zhuan)變溫度的(de)(de)(de)影響,過高的(de)(de)(de)Cr、Mo含量將加劇脆(cui)性相的(de)(de)(de)析出和升(sheng)高韌脆(cui)轉(zhuan)變溫度。因此,超(chao)級(ji)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼中的(de)(de)(de)Cr、Mo均限制在一定范(fan)圍之內(nei),形成了25Cr-4Mo、27Cr-4Mo、28Cr-2Mo、29Cr-4Mo、30Cr-2Mo等(deng)類型(xing)的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼。
這類鋼鉻、鉬含量高,在(zai)600~950℃加(jia)熱和(he)停留,極易(yi)析出σ、X、Laves等(deng)相,嚴重惡化鋼的(de)性(xing)能。因此(ci),在(zai)高溫加(jia)熱進(jin)行熱處理時,保溫后需急冷,焊后也(ye)要(yao)求快速冷卻。
鐵(tie)素體(ti)不銹鋼(gang)的韌(ren)脆轉變溫度(du)過高是(shi)影(ying)響其應用(yong)的一個重要因(yin)素,可以(yi)通過控制C、N含(han)量,熱處理時采用(yong)快速冷卻和減(jian)小截(jie)面尺寸予以(yi)解決。