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(le)雙相不銹鋼(gang)在不同時期(qi)大(da)致年代的發展概況和一些主(zhu)要牌號。
1971年(nian)以(yi)前,所開發(fa)的(de)牌(pai)號(hao)屬于第一(yi)代(dai)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang),其(qi)中(zhong)包括20世(shi)紀30年(nian)代(dai)的(de)第一(yi)個雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第一(yi)代(dai)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)含氮量處(chu)于電(dian)弧爐冶煉的(de)常規水平。雖然第一(yi)代(dai)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)已(yi)將雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)性能(neng)特(te)點充分顯(xian)示了(le)出來,但由于鋼(gang)(gang)的(de)耐點蝕當量PRE值較(jiao)低,各牌(pai)號(hao)間的(de)固溶態相(xiang)比例差別(bie)也較(jiao)大,而且尚難以(yi)準(zhun)確控制,特(te)別(bie)是焊(han)后,熔合線和(he)焊(han)縫(feng)熱(re)影響區(qu)常常呈現的(de)單相(xiang)鐵素體組織,導致焊(han)接(jie)接(jie)頭處(chu)雙相(xiang)鋼(gang)(gang)優(you)良特(te)性顯(xian)著下降,甚至(zhi)完全喪失,嚴重阻礙了(le)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)焊(han)接(jie)用途的(de)應用和(he)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(chao)級雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(常以SD代表)。
進(jin)入2000年以(yi)(yi)(yi)來,雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展呈現兩種趨勢。一(yi)方(fang)面(mian)進(jin)一(yi)步提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中合金(jin)元素含(han)量以(yi)(yi)(yi)獲(huo)得更高(gao)強度和(he)(he)更加(jia)優(you)良的(de)(de)(de)耐蝕性(xing),如瑞典Sandvik公司新開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值(zhi)大于45%,稱(cheng)特(te)超級雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(常以(yi)(yi)(yi)HD表(biao)示)。另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)轉向開(kai)發(fa)(fa)低鎳量且不含(han)鉬或僅(jin)含(han)少量鉬的(de)(de)(de)經(jing)濟型(xing)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),以(yi)(yi)(yi)降(jiang)低雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)成本和(he)(he)售價,并顯著改善雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱(re)加(jia)工性(xing)和(he)(he)焊(han)接性(xing),從而增加(jia)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與其(qi)他類型(xing)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)競(jing)爭優(you)勢。目前(qian)列(lie)入經(jing)濟型(xing)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)有20世紀80年代(dai)(dai)開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年以(yi)(yi)(yi)來問世的(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)(yi)及含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在(zai)一(yi)些腐蝕環境中,含(han)20%~22%Cr、含(han)1.5%Ni的(de)(de)(de)幾(ji)種牌(pai)號可代(dai)(dai)替(ti)304、304L;SAF 2304可代(dai)(dai)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(dai)(dai)316、316L和(he)(he)SAF 2205。
從第二代和第三代以及第四代雙相(xiang)不銹鋼(gang)的問世和發展過(guo)程中,可以觀察到用提高鋼(gang)中鉻量并加氮(dan)相(xiang)結(jie)合合金化以節(jie)約鉻鎳奧氏體(ti)中的貴(gui)重元(yuan)素(su)鎳、鉬的思路。這種思路充分利(li)用了(le)鉻、氮(dan)的特性和鋼(gang)中鉻與氮(dan)共存的優勢。
圖6.1(b)指出了幾代雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)演變過(guo)(guo)程。圖6.1(b)中指出:雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)(gang)中的(de)(de)Cr+Mo量(liang)應≥21%,以防(fang)止(zhi)冷成型(xing)引(yin)發馬(ma)氏體相變而導致(zhi)的(de)(de)鋼(gang)(gang)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(包括耐蝕性(xing)(xing)(xing)、力(li)學性(xing)(xing)(xing)能(neng)等(deng))的(de)(de)下降;Cr+Mo量(liang)應≤35%,以防(fang)止(zhi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)組織熱穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)下降,金屬(shu)間相沉淀而引(yin)發的(de)(de)塑、韌性(xing)(xing)(xing),熱加(jia)工性(xing)(xing)(xing)和(he)焊接性(xing)(xing)(xing)以及耐蝕性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)劣化;畫出了氮(dan)的(de)(de)固(gu)溶(rong)(rong)度(du)極限,提醒(xing)人們(men)注意(yi)雖然氮(dan)是(shi)有益元素,但鋼(gang)(gang)中加(jia)入大(da)量(liang)的(de)(de)氮(dan),氮(dan)化物析出也是(shi)有害的(de)(de),氮(dan)量(liang)若超過(guo)(guo)溶(rong)(rong)解度(du)極限,鋼(gang)(gang)在凝固(gu)過(guo)(guo)程中,氮(dan)會溢出而造成廢(fei)品。
32304為00Cr23Ni4;31803和32205均為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%