雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)是(shi)指(zhi)在(zai)它固溶組(zu)織(zhi)中的(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)相和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相約各(ge)占一半,一般最(zui)少相含量也需要達(da)到30%。因此它兼有(you)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)性(xing)能特點。雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)已廣泛地應用(yong)于各(ge)工業(ye)(ye)領域,諸如紙(zhi)(zhi)漿和(he)(he)造紙(zhi)(zhi)、陸上(shang)和(he)(he)海上(shang)的(de)油氣(qi)工業(ye)(ye)、化(hua)學加工工業(ye)(ye)、運輸(shu)業(ye)(ye)(化(hua)學品船和(he)(he)槽(cao)罐車(che))、制藥和(he)(he)食品工業(ye)(ye)以(yi)及建(jian)筑業(ye)(ye)等。多用(yong)制反應容器,各(ge)工業(ye)(ye)設備(bei)和(he)(he)輸(shu)送(song)管道等。在(zai)大多數(shu)應用(yong)中,雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)被(bei)認(ren)為是(shi)具有(you)成本效益的(de)材料,填(tian)補了普通奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)(he)高合金奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)之間的(de)空白。
(022Cr25Ni7Mo4WCuN)(Zeron100) S27603 / S32760 雙相(xiang)鋼在20世紀80年代初系用作鑄鋼,代替耐蝕性不足的第二代雙相不銹鋼(00Cr22Ni5Mo2N)2205 雙相不銹鋼。80年代后期開始作為用于管道系統的變形材料,隨后此鋼成為石油天然氣開發、海水環境、煙氣脫硫(FGD)、脫鹽、化工等應用領域的重要耐蝕材料。
一、化學成分
(022Cr25Ni7Mo4WCuN)S32760 雙相不銹鋼的化學成分 % | |||||||||||
牌 號 | 碳 | 硅 | 錳 | 硫 | 磷 | 鉻 | 鎳 | 鉬 | 銅 | 氮 | 鎢 |
(Zeron100)UNS S32760 | ≤0.05 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤0.010 | ≤0.030 | 24.0~26.0 | 6.0~8.0 | 3.0~4.0 | 0.50~1.0 | 0.20~0.30 | 0.50~1.0 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN S27603 | ≤0.030 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤0.030 | ≤0.035 | 24.0~26.0 | 6.0~8.0 | 3.0~4.0 | 0.50~1.0 | 0.20~0.30 | 0.50~1.0 |
S32760 雙(shuang)相不銹鋼除(chu)了高鉻、鉬(mu)、氮量(liang)(liang)外(wai)還含有少量(liang)(liang)的(de)鎢和銅。早期作為鑄造(zao)合金,加(jia)入(ru)鎢、銅以(yi)改善此合金的(de)鑄造(zao)性能,后來才發現鎢、銅能改善此鋼在(zai)某些酸中的(de)耐腐(fu)蝕性和在(zai)海水中在(zai)鈍化的(de)能力。
二、組織特點
此鋼與其他超級雙相不銹鋼相同,在固溶條件下,其顯微組織也是α/γ近于1的雙相結構,但是,自高溫到室溫,包括不正確的熱加工、熱處理和焊接工藝等的冷卻過程中,在此鋼的基體上也會有金屬間相和氮化物析出,在900℃左右停留超過近100s就會有σ、χ、Cr2N等在基體上析出;在約475℃左右停留超過約800秒便會有α相析出。為了防止金屬間相和Cr2N相的析出,在冷卻過程中必須具有足夠的冷卻速度。另外此鋼不適應熱處理和冷卻而產生σ相。
三、力(li)學性(xing)能(neng)
ASTM A240 標準(zhun)規定的力學性能 | ||||
材料 | UNS | σb/MPa | σ0.2/MPa | δs/% |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鍛態 | S32760 | ≥550 | ≥750 | ≥25 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鑄態 | J93380 | ≥450 | ≥700 | ≥25 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙(shuang)相鋼的實測力學性能 | ||||||
板厚/mm | σb/MPa | σ0.2/MPa | δs/% | 硬度(HRC) | 沖擊值(V型)Akv/J | |
20℃ | ’-30℃ | |||||
10 | 874 | 671 | 734 | 42 | 241 | 207 |
12 | 865 | 690 | 737 | 38 | 227 | 227 |
19 | 843 | 647 | 701 | 40 | 211 | 183 |
34 | 853 | 627 | 700 | 32 | 241 | 248 |
四、耐腐蝕性能
1. 全面腐蝕
由于 S32760 雙相不銹鋼中不僅鉻、鉬、氮量高,而且還會有少量的鎢和銅,因而在一些還原性酸介質中耐蝕性優良,且優于超級雙相不銹鋼 022Cr25Ni7Mo4 和超級奧氏體不銹鋼 00Cr20Ni18Mo6CuN (SAF 254SMO )。一些實驗結果表明,022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相鋼的耐全面腐蝕性在HCl中由于 2507 雙相不銹鋼和 6Mo 超級奧氏體不銹鋼 254SMO;在硫酸中,不僅遠優于2%~3%的 2205 和 316L ,而且也優于 2507 ; 在商用H3PO4中,還優于6Mo型超級奧氏體不銹鋼 254SMO。
2. 晶間腐蝕
由于 S32760 雙相不銹鋼 碳:C≤0.03%且具有α+γ雙相結構,因此其耐晶間腐蝕性能優良。在所試驗的條件下還優于如 C-276、Inconel 625、G30 等幾種高鎳的耐蝕合金。
3. 應力腐蝕
用海水介質并采用液滴發法進行應力腐蝕試驗,所得出的此鋼的臨界應力腐蝕溫度(當外加應力為σ0.2的90%時)為70℃見下表
S32760雙(shuang)相不銹(xiu)鋼用海水介質進行液(ye)滴蒸發法(fa)應力(li)腐蝕(SCC)試驗(yan)結果 | |||
試驗溫度/℃ | 應力/MPa | 外加應力σ0.2% | SCC結果 |
110 | 471 | 88 | SCC |
105 | 494 | 92 | SCC |
100 | 494 | 92 | SCC |
90 | 508 | 92 | SCC |
80 | 507 | 92 | SCC |
70 | 518 | 90 | 無SCC |
由于 S32760 雙相不銹鋼不僅具有雙相組織,屈服強度高,而且鉻、鉬、氮含量高,耐蝕性好。因此此鋼的耐氯化物應力腐蝕性能優異,在含有氯化物介質的試驗中,316L奧氏體不銹鋼當溫度≥60℃,介質僅0.001%氯化物便會產生應力腐蝕。雖然雙相不銹鋼S32304(SAF 2304) 和 S31803 (SAF 2205)耐應力腐蝕性能要優于316L,但卻遠遠低于S32760 雙相不銹鋼,022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼在此試驗條件下不會產生應力腐蝕(不斷裂)。
在(zai)(zai)酸性環境中,當在(zai)(zai)高氯化(hua)(hua)物(wu)(>100000mg/L)時(shi),022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相不(bu)銹鋼耐(nai)硫化(hua)(hua)物(wu)應力(li)(li)腐(fu)蝕的能力(li)(li)取決(jue)(jue)于氯化(hua)(hua)物(wu)的濃(nong)度水平(ping)(ping),而在(zai)(zai)低氯化(hua)(hua)物(wu)濃(nong)度時(shi),則取決(jue)(jue)于硫化(hua)(hua)物(wu)的濃(nong)度水平(ping)(ping)。當PH>4時(shi),此鋼至少耐(nai)0.7bar(0.7MPa)硫化(hua)(hua)氫(qing)分壓而不(bu)產生SSCC。
4. 點蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)
幾種不銹鋼在FGD石灰漿液介質中CCT值 ( Cl–50000mg/L ,PH=2 ) | ||
鋼種 | 產品形態 | CCT/℃ |
S32760 | 鍛態 | 75 |
S32760 | 鑄態 | 60 |
Zeron 25 | 鑄態 | 40 |
254 SMO | 鍛態 | 65 |
SAF 2205 | 鍛態 | 35 |
S32760 雙相不銹鋼的臨界點蝕溫度(CPT)雖較 C-276(00Cr16Ni69Mo16W4)為低,但較 904L(022Cr20Ni25Mo4.5Cu)和 316L 為高。下表為,在模擬常規電廠煙氣脫硫(FGD)的石灰漿液介質中,022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相鋼在鍛態的臨界縫隙腐蝕溫度(CCT)可達75℃,比超級奧氏體不銹鋼 254SMO(00Cr20Ni18Mo6CuN)還要高出10℃。
5. 磨蝕(shi)
在帶有(you)1000mg/L泥沙的酸性(xing)鹽水(shui)(pH=3.5),以40m/s速度沖刷時,一些(xie)不(bu)銹鋼的重(zhong)量損失 | ||||
牌號 | 316L | 22Cr雙相鋼 | 825合金 | S32760 |
失重數值/mg | 18.5 | 15.5 | 15 | 13 |
從S32760 雙相不銹鋼在煙氣脫硫泥漿泵介質條件下的耐磨蝕試驗結果,可以看出 022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼的耐磨蝕性不僅優于 316L ,而且還優于第二代雙相不銹鋼 2205 (022Cr25Ni5Mo2N)和 鐵鎳基耐蝕合金 Incoloy 825 。在所試驗的條件下,僅有 22Cr 型雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼 022Cr25Ni7Mo4WCuN 的磨蝕損失并不隨著pH值變化而改變,而且只有 022Cr27Ni7Mo3.5WCuN 鋼的磨蝕損失是最低的。從上述結果可知 ,由于 S32760 超級雙相不銹鋼具有的高強度、高硬度、高耐蝕性,充分證明 022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼具有優異的耐腐蝕性。
五、加(jia)工性能
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼的冷(leng)熱加工性(xing)能與 S32750 雙相不銹鋼相似,熱加工時(shi)需(xu)要(yao)適(shi)宜(yi)的熱加工(成(cheng)型(xing))溫(wen)度(du)和(he)冷(leng)卻速度(du),冷(leng)加工(成(cheng)型(xing))時(shi)需(xu)要(yao)較(jiao)大(da)(da)的外力,適(shi)宜(yi)的冷(leng)變形量(liang),當大(da)(da)變形量(liang)時(shi)需(xu)要(yao)及時(shi)進行(xing)中間熱處理(li)。
六、焊接性(xing)能
022Cr25Ni7Mo4WCuN可采用SMAW、GTAW和SAW方法進行焊接(jie),后(hou)感覺線能在(zai)0.5 ~1.5KJ/mm,層間溫度在(zai)≤150℃,焊后(hou)不需熱處理。
不(bu)同方法焊接(jie)時S32760雙(shuang)相鋼使用的典型焊接(jie)參數 | |||
焊接參數 | GTAWφ2.4 | SMAWφ3.25 | SAWφ3.2 |
電流/A | 80 | 100 | 330 |
電壓/V | 11 | 23 | 32 |
焊接速度 mm*min-1 | 45 | 120 | 450 |
道次數 | 1 | 4 | 填滿 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼焊縫金屬的質量要求一般要達到:-20℃低溫Ak值為28J,平均值為40J。硬度值為不大于28(HRC),能通過6%FeCl3、35℃檢驗,不產生點蝕,注意需要控制焊縫中鐵素體量為35% ~60%,這樣就能獲得焊接性、成型性、耐腐蝕性和力學性能等均優良的綜合性能。
七(qi)、熱處理工藝(yi)
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不(bu)銹鋼適宜熱處理(li)溫度為1000~1100℃,保(bao)溫后快冷(leng),為了(le)防止此鋼的(de)金屬間相的(de)析出,熱處理(li)后的(de)冷(leng)卻速(su)率≥5000℃/h。
八、產品應用(yong)
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼主要(yao)用(yong)于海上石(shi)油、天然氣開(kai)采(cai),在電站煙氣脫硫(liu)、石(shi)化工程和(he)化肥工業(ye)中,制造(zao)反(fan)應(ying)器、容器、各種(zhong)熱(re)交換器以及(ji)管線、泵(beng)、閥等。