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列出了雙相不(bu)銹鋼在不(bu)同時期大(da)致年代(dai)的發展概況和一些主要牌號。

1971年以前(qian),所(suo)開發(fa)的(de)牌號屬于第(di)一代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),其中包括20世紀30年代(dai)的(de)第(di)一個(ge)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第(di)一代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)含氮量處于電(dian)弧爐冶煉的(de)常規水(shui)平。雖然第(di)一代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)已(yi)將雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)性能特點充分顯示了出來(lai),但(dan)由于鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)耐點蝕當量PRE值較低,各牌號間的(de)固溶(rong)態相(xiang)(xiang)比例差別也較大(da),而且尚難(nan)以準確(que)控(kong)制(zhi),特別是(shi)焊后,熔(rong)合線(xian)和焊縫(feng)熱影(ying)響區(qu)常常呈現的(de)單相(xiang)(xiang)鐵素體組(zu)織(zhi),導致焊接(jie)接(jie)頭處雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)優良(liang)特性顯著下(xia)降,甚至完(wan)全喪失,嚴(yan)重阻礙了雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在焊接(jie)用途(tu)的(de)應用和發(fa)展。
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(su)體不銹(xiu)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(gang)(常以SD代表)。
進(jin)入2000年以來,雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)發(fa)展呈現(xian)兩種(zhong)趨勢。一(yi)方面進(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)鋼(gang)中(zhong)合金(jin)元素含(han)量(liang)以獲得更(geng)高(gao)強(qiang)度和更(geng)加優(you)良的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing),如瑞(rui)典Sandvik公司新開發(fa)的(de)(de)SAF 2707和SAF 3207。PRE值(zhi)大于45%,稱(cheng)特超(chao)級雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(常以HD表示)。另一(yi)方面轉向(xiang)開發(fa)低鎳量(liang)且不(bu)(bu)(bu)含(han)鉬(mu)或僅含(han)少(shao)量(liang)鉬(mu)的(de)(de)經(jing)濟(ji)型(xing)(xing)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),以降低雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)成(cheng)本和售價,并(bing)顯著改(gai)善(shan)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)熱(re)加工性(xing)(xing)和焊接性(xing)(xing),從而增加雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)與(yu)其他類型(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)競爭優(you)勢。目前列(lie)入經(jing)濟(ji)型(xing)(xing)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)有20世紀80年代開發(fa)的(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和2000年以來問(wen)世的(de)(de)20%~21%Cr型(xing)(xing)的(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型(xing)(xing)的(de)(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以及含(han)1.5%Mo的(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在(zai)一(yi)些腐蝕環境中(zhong),含(han)20%~22%Cr、含(han)1.5%Ni的(de)(de)幾種(zhong)牌(pai)號可代替304、304L;SAF 2304可代替304、304L,甚至316和316L;含(han)1.5%Mo的(de)(de)AL 2003則可代316、316L和SAF 2205。
從(cong)第(di)二(er)代(dai)和(he)第(di)三代(dai)以(yi)及(ji)第(di)四代(dai)雙(shuang)相不銹鋼(gang)的(de)問世(shi)和(he)發(fa)展過程(cheng)中,可(ke)以(yi)觀察到用(yong)提高鋼(gang)中鉻量并加氮相結合(he)合(he)金化以(yi)節(jie)約鉻鎳奧(ao)氏體中的(de)貴重元素鎳、鉬的(de)思(si)路(lu)。這(zhe)種(zhong)思(si)路(lu)充分利用(yong)了鉻、氮的(de)特性和(he)鋼(gang)中鉻與氮共(gong)存的(de)優勢(shi)。
圖6.1(b)指出(chu)了(le)幾代雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)(de)演(yan)變過程(cheng)。圖6.1(b)中指出(chu):雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)中的(de)(de)Cr+Mo量(liang)應(ying)≥21%,以(yi)防止(zhi)冷(leng)成型引(yin)發馬氏體相(xiang)變而導致的(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(包括耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)、力(li)學性(xing)(xing)(xing)能等)的(de)(de)下降(jiang);Cr+Mo量(liang)應(ying)≤35%,以(yi)防止(zhi)鋼(gang)的(de)(de)組織熱穩定性(xing)(xing)(xing)下降(jiang),金屬間相(xiang)沉淀而引(yin)發的(de)(de)塑(su)、韌性(xing)(xing)(xing),熱加(jia)(jia)工性(xing)(xing)(xing)和(he)焊接性(xing)(xing)(xing)以(yi)及耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)劣化(hua);畫出(chu)了(le)氮的(de)(de)固(gu)溶度極(ji)(ji)限(xian),提醒人(ren)們注意(yi)雖然氮是(shi)有(you)益元素,但鋼(gang)中加(jia)(jia)入(ru)大(da)量(liang)的(de)(de)氮,氮化(hua)物析出(chu)也是(shi)有(you)害的(de)(de),氮量(liang)若超過溶解(jie)度極(ji)(ji)限(xian),鋼(gang)在凝固(gu)過程(cheng)中,氮會溢出(chu)而造成廢品。

32304為(wei)00Cr23Ni4;31803和(he)32205均為(wei)00Cr23Ni5Mo3N特超級雙相鋼3207HD, Cr+Mo量均已(yi)達36%,氮(dan)量上限已(yi)達0.6%

