“高性能不銹鋼”屬于不銹鋼家族，在各種腐蝕性介質中耐腐蝕性能明顯優于標準不銹鋼如304L不銹(xiu)鋼（含18％鉻和8％鎳，18-8）和316L不銹鋼（鉻鎳含量與304不銹鋼(gang)類似，另外含2％鉬，18-10-2)。它們在氯化物介質中耐點蝕和應(ying)力腐蝕(shi)斷裂性能方面的優勢十分明顯。通過采用高含量的鉻、鎳、鉬和氮獲得足夠的耐腐蝕性，通過在生產過程中采用非常低的碳含量保持耐蝕性同時兼顧熱加工和焊接性能，達到了上述的特性。鋼鐵熔煉和精煉技術的出現，使較為經濟地生產很低碳含量鋼種和精確控制成分成為可能，由此實現了高性能不銹鋼的商品化。這些技術包括真空熔煉、電子束熔煉、電渣重熔以及當今大量生產最值得注意的真空氧脫(tuo)碳（VOD）和氬氧(yang)脫碳（AOD）技術。自20世紀70年代起，這些高性能不銹鋼在數量、技術和商業上的重要性不斷增加。本系列文章向那些對材料性能有較高要求（超過了標準不銹鋼性能范圍）以及想了解高性能不銹鋼的工程性能和腐蝕性能的人們介紹高性能不銹鋼。
高性(xing)(xing)(xing)能不(bu)銹鋼(gang)主要有三類(lei)(lei)：奧(ao)氏體(ti)、鐵素體(ti)和(he)(he)雙(shuang)相（奧(ao)氏體(ti)—鐵素體(ti)）不(bu)銹鋼(gang)。三類(lei)(lei)不(bu)銹鋼(gang)有一(yi)(yi)般的共性(xing)(xing)(xing)，也有各自不(bu)同(tong)的耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)其它特性(xing)(xing)(xing)。因此，其目前和(he)(he)潛在的應用非(fei)常廣泛，每一(yi)(yi)類(lei)(lei)鋼(gang)和(he)(he)每一(yi)(yi)種(zhong)鋼(gang)都可以針(zhen)對(dui)某一(yi)(yi)特定的需(xu)要，提供最佳的性(xing)(xing)(xing)能。
高鎳奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)一般用(yong)于強(qiang)酸(suan)設備和(he)耐氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)點蝕和(he)應(ying)力腐蝕斷裂。帶(dai)有(you)酸(suan)冷凝液的煙氣清洗裝置或含(han)有(you)強(qiang)氧化(hua)(hua)劑的酸(suan)性溶液如紙張漂(piao)白工藝(yi)中常(chang)(chang)常(chang)(chang)選用(yong)這種(zhong)鋼(gang)(gang)種(zhong)。當(dang)現場加(jia)工制作是重(zhong)要(yao)(yao)考慮因素(su)時(shi)，奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)比較有(you)利，因為(wei)它們易(yi)于焊(han)接，這類鋼(gang)(gang)種(zhong)廣(guang)泛用(yong)于焊(han)接質量極其重(zhong)要(yao)(yao)的海上石油和(he)核(he)電站(zhan)管道(dao)。如果需要(yao)(yao)用(yong)薄板，則(ze)一般鐵素(su)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)種(zhong)的成本效益最好，所以它們已(yi)用(yong)作多種(zhong)熱交(jiao)換器(qi)的制管材(cai)料。在(zai)要(yao)(yao)求強(qiang)度的場合，通常(chang)(chang)選雙相不銹鋼(gang)(gang)，它們用(yong)于化(hua)(hua)學加(jia)工工業的壓力容器(qi)，在(zai)熱交(jiao)換器(qi)上的應(ying)用(yong)也日益廣(guang)泛。所有(you)這三(san)類高性能不銹鋼(gang)(gang)具有(you)寬應(ying)用(yong)范圍的抗(kang)氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)點蝕和(he)應(ying)力腐蝕斷裂性能都優(you)于304和(he)316不銹鋼(gang)(gang)，因此(ci)制造加(jia)工方(fang)面的考慮常(chang)(chang)常(chang)(chang)決定了氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)設施的最終選材(cai)。
與304和(he)(he)316不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)相比，高(gao)性(xing)(xing)(xing)能不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在冶金學和(he)(he)加工方面的技術要求更嚴格(ge)。這是(shi)由鋼(gang)(gang)(gang)本(ben)(ben)身的性(xing)(xing)(xing)質(zhi)和(he)(he)它們應(ying)用的苛(ke)刻(ke)環境(jing)所(suo)決定的。要想成(cheng)功(gong)地使用高(gao)性(xing)(xing)(xing)能不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)，有必要透徹地了解它們。本(ben)(ben)系列(lie)文章為在特定的應(ying)用中選取最佳的材料(liao)(liao)提供(gong)了幫助，為所(suo)選鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)的加工和(he)(he)應(ying)用提供(gong)了指南。由于應(ying)用的錯綜復雜和(he)(he)大量鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)的出(chu)現，本(ben)(ben)系列(lie)文章僅僅作為一個初步(bu)的指南，讀者可以向材料(liao)(liao)制造商咨詢，全面了解每種(zhong)材料(liao)(liao)的優勢、局(ju)限性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)具體要求。
1. 高性能奧氏體不銹鋼
高性能奧氏(shi)體(ti)不銹鋼與標準奧氏體不銹鋼有許多共同的特點。這些鋼種在退火狀態下主要是一個單相、面心立方體的奧氏體結構，沒有磁性。這種結構的特點在于其相對較低的屈服強度，較高的加工硬化率和較高的抗拉強度，良好的塑性和成形性，特別是良好的低溫韌性，熱處理不能使其硬化（或強化）。
與標(biao)準奧氏體不銹(xiu)鋼相(xiang)比，除了耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性不同之外，另一個(ge)主(zhu)要的不同之處在于高性能鋼種在高溫下迅速形(xing)成(cheng)二次相(xiang)，這些相(xiang)可(ke)能對某些力(li)學性能和耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性能有損害，因此，這種不銹(xiu)鋼的使用溫度不應超(chao)過500℃。此外，高溫操作如(ru)鍛造和焊接時應注(zhu)意避免這些有害相(xiang)的形(xing)成(cheng)。
表1列(lie)出(chu)了(le)一(yi)些著名(ming)的(de)鍛造高(gao)性能奧氏體不銹鋼，各鋼種標(biao)出(chu)了(le)其常用名(ming)稱、UNS牌號。許多鋼種當初(chu)開發后都申請了(le)專利(li)，有些專利(li)目前仍然有效。表中顯示的(de)化(hua)學(xue)成(cheng)分范圍與最常用的(de)ASTM標(biao)準A 240一(yi)致(zhi)，表中顯示的(de)惟一(yi)含量值(zhi)(zhi)是生產(chan)廠商提供的(de)“典型值(zhi)(zhi)”。
表1的(de)鋼種按(an)照鉬、鉻和氮(dan)含(han)量增(zeng)加(jia)或PRE值增(zeng)加(jia)的(de)順序(xu)排列。
PRE值指的(de)(de)是耐點(dian)蝕(shi)當量(liang)(liang)數， 其定義為(wei)(wei)PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N，％為(wei)(wei)重量(liang)(liang)百(bai)分(fen)比(bi)。在(zai)氯化物介質中, 較(jiao)高的(de)(de)PRE值不完全定量(liang)(liang)地表示出較(jiao)高的(de)(de)耐局部(bu)腐(fu)蝕(shi)能力(li)。根據耐局部(bu)腐(fu)蝕(shi)能力(li)的(de)(de)相似程度，這(zhe)(zhe)些(xie)鋼(gang)種又被分(fen)成6個(ge)分(fen)組(zu)，對這(zhe)(zhe)些(xie)分(fen)組(zu)的(de)(de)描述如下：
①. A-1組(zu)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)
這一組(zu)的(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼主(zhu)要(yao)用于熱(re)的(de)(de)高(gao)(gao)濃(nong)度硫酸(suan)溶(rong)液介質。所需(xu)的(de)(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性主(zhu)要(yao)通(tong)過較高(gao)(gao)的(de)(de)鎳(nie)(nie)含(han)量獲(huo)得(de)。鉻、鉬含(han)量與316不(bu)(bu)銹鋼相當的(de)(de)20Cb-3和(he)合金825在(zai)(zai)耐(nai)(nai)局部點(dian)蝕(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)方面(mian)并(bing)不(bu)(bu)比316不(bu)(bu)銹鋼占優(you)勢。隨著鎳(nie)(nie)含(han)量的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，它們(men)耐(nai)(nai)氯化物應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)逐漸增(zeng)(zeng)加(jia)。它們(men)在(zai)(zai)要(yao)求良好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)硫酸(suan)或應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂性能(neng)(neng)的(de)(de)化工應(ying)(ying)(ying)用領域(yu)表現出色，這方面(mian)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用已有很長歷史。
②. A-2組奧(ao)氏體不(bu)銹鋼
與316L或317L相比(bi)，這(zhe)些(xie)(xie)鋼(gang)種如317LMN，在鹵(lu)化(hua)物介質中的(de)(de)耐局部腐(fu)蝕性(xing)能有所提高，通(tong)過(guo)采用(yong)(yong)較高的(de)(de)鉬含量(liang)和氮(dan)含量(liang)實現了這(zhe)一(yi)點(dian)(dian)。氮(dan)元(yuan)素在改(gai)善耐腐(fu)蝕性(xing)的(de)(de)同(tong)時，還能夠使(shi)奧氏體穩定化(hua)，所以可(ke)以減少鎳的(de)(de)用(yong)(yong)量(liang)，達到最經濟(ji)的(de)(de)的(de)(de)效(xiao)果(guo)。這(zhe)些(xie)(xie)鋼(gang)種的(de)(de)性(xing)能比(bi)316L提高了，而費用(yong)(yong)適(shi)中，廣泛用(yong)(yong)于在中等(deng)點(dian)(dian)蝕性(xing)介質條件(jian)下運行的(de)(de)煙(yan)氣脫硫裝置（FGD）的(de)(de)吸收塔。
③. A-3組奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼
這組不銹鋼如904L，鎳(nie)含量在10％以上，具有全(quan)面的(de)、平衡(heng)的(de)耐還(huan)(huan)原性酸和氯化(hua)物(wu)應力腐(fu)蝕斷裂性能。銅的(de)添(tian)加，進(jin)一步增(zeng)加了它們耐還(huan)(huan)原性酸的(de)能力。
④. A-4組(zu)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)
這(zhe)一組不銹鋼(gang)通常(chang)被(bei)稱(cheng)為(wei)6％鉬不銹鋼(gang)，包括AL-6XN, 1925 hMo,25-6MO和(he)254 SMO等(deng), 最初(chu)是(shi)為(wei)耐室溫下海水(shui)和(he)紙漿(jiang)漂白設備介質的局(ju)部腐(fu)蝕而(er)設計的。通過添加相對較高(gao)含量的氮、鉻和(he)鉬，使其(qi)PRE值在(zai)40～43之間(jian)而(er)達到以上要(yao)求。這(zhe)組鋼(gang)鎳含量高(gao)，有(you)(you)助于奧氏體的穩定(ding)，因此(ci)也具有(you)(you)良(liang)好(hao)的耐一般酸(suan)腐(fu)蝕的能力和(he)良(liang)好(hao)的耐氯化物應力腐(fu)蝕斷裂(lie)的性能。該組鋼(gang)中含氮量高(gao)的鋼(gang)種比不含氮的鋼(gang)種具有(you)(you)明顯(xian)的強度優勢。這(zhe)類鋼(gang)廣泛用于海水(shui)管(guan)道和(he)海水(shui)熱交換(huan)器、紙漿(jiang)漂白設備以及各類化工廠和(he)電廠等(deng)。
⑤. A-5組(zu)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼
這(zhe)組(zu)鋼的(de)(de)主(zhu)要特點是(shi)高強(qiang)度，例如4565S。它是(shi)通過含(han)(han)量為0.25%～0.50％的(de)(de)氮的(de)(de)固溶強(qiang)化作用實現的(de)(de)。根據鉻、鉬和(he)鎳含(han)(han)量的(de)(de)不同，它們的(de)(de)腐蝕(shi)特性有很大的(de)(de)不同。鎳含(han)(han)量較(jiao)低（12%～18％）的(de)(de)鋼種，其耐氯(lv)化物應力(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂的(de)(de)性能相當于(yu)A-2組(zu)的(de)(de)不銹鋼。
⑥. A-6組奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)
這組不(bu)銹鋼(gang)，如654 SMO，代表了目前(qian)所有(you)(you)高(gao)性能(neng)(neng)(neng)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)最高(gao)性能(neng)(neng)(neng)。它們將高(gao)強度(du)和突出的(de)(de)耐(nai)(nai)局(ju)(ju)部腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)(neng)結合在一起，同時具(ju)(ju)有(you)(you)良好的(de)(de)耐(nai)(nai)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕斷裂和耐(nai)(nai)酸(suan)腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)(neng)。它們能(neng)(neng)(neng)夠耐(nai)(nai)45％的(de)(de)沸騰氯化鎂試驗溶液的(de)(de)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕斷裂，能(neng)(neng)(neng)夠在溫(wen)度(du)大(da)大(da)高(gao)于室溫(wen)、存在嚴重(zhong)縫(feng)隙的(de)(de)條件下(xia)耐(nai)(nai)海水的(de)(de)局(ju)(ju)部腐(fu)(fu)蝕。它們耐(nai)(nai)局(ju)(ju)部腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)接(jie)(jie)近于鎳基(ji)合金的(de)(de)最佳(jia)值，同時強度(du)要高(gao)得(de)多。這些(xie)較新(xin)的(de)(de)鋼(gang)種對于解(jie)決墊片接(jie)(jie)縫(feng)、較高(gao)溫(wen)度(du)下(xia)的(de)(de)海水處理系統以及(ji)許多高(gao)壓下(xia)運行的(de)(de)裝置發(fa)生的(de)(de)縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕問題(ti)，具(ju)(ju)有(you)(you)突出的(de)(de)潛力(li)(li)。
2. 高性能鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)鋼
高性能鐵素體不銹(xiu)鋼除了有少量穩定化的碳化物和氮化物外，具有完全的鐵素體顯微結構。這種鐵素體結構的獨特特性在于其很好的耐氯化物應力腐蝕斷裂性能，但是它的韌性有限。大斷面或晶粒效應以及脆性的二次相的析出會進一步降低其韌性。由于韌性有限，這些鋼種通常不生產成中厚板。開發這些鋼種，是為了以低于高鎳奧氏體合金的價格得到優于18－8不銹鋼的耐應力腐蝕斷裂和耐點蝕性能。它們一般只用于熱交換器管形材料或薄板，熱處理不會使它們硬化，但在退火狀態下，它們顯示出高于許多奧氏體不銹鋼的強度。表2按照耐氯化物點蝕性能增加的順序，列出了主要的鍛軋鐵素體鋼種。
①. F-1組鐵素體不銹鋼(gang)
這類不(bu)銹鋼(gang)，如E-BRITE 26－1，其(qi)耐(nai)局部腐蝕(shi)能(neng)(neng)力(li)與316不(bu)銹鋼(gang)相似，但耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)大大優于后者(zhe)。這種(zhong)良好(hao)的(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂性能(neng)(neng)使其(qi)可用于熱的(de)(de)濃(nong)縮堿溶(rong)液和含氯化物的(de)(de)溶(rong)液。
②. F-2組鐵素體(ti)不銹鋼
這一組不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，包括SEA-CURE，為耐常溫(wen)海水(shui)的(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)而設計，廣泛(fan)用于電廠的(de)(de)(de)海水(shui)冷(leng)卻冷(leng)凝器。由(you)于它們鉻含(han)量(liang)(liang)高，鉬和(he)鎳含(han)量(liang)(liang)適(shi)中(zhong)，對(dui)強有(you)機酸和(he)氧化(hua)性(xing)的(de)(de)(de)或中(zhong)等(deng)還(huan)原(yuan)性(xing)的(de)(de)(de)無機酸也有(you)很好的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)。但是(shi)這些鋼(gang)種中(zhong)的(de)(de)(de)鎳降低了耐氯化(hua)物應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)的(de)(de)(de)性(xing)能，增加了對(dui)形成有(you)害(hai)的(de)(de)(de)二次相的(de)(de)(de)敏感性(xing)。所有(you)的(de)(de)(de)這些鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)氯化(hua)鈉試(shi)驗(yan)溶(rong)液中(zhong)，都能夠耐應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)，但由(you)于其鎳含(han)量(liang)(liang)為0.5%-4.2%，可能無法耐氯化(hua)鎂試(shi)驗(yan)溶(rong)液的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)。
③. F-3組鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼
如同(tong)A-6組的(de)奧氏體不銹鋼，這一組中的(de)AL 29-4-2，是為了達到鐵(tie)素體不銹鋼綜合性能(neng)的(de)最(zui)高水(shui)平而(er)設(she)計，它(ta)兼具良好的(de)耐局部腐(fu)蝕和(he)耐酸腐(fu)蝕性能(neng)。
3. 高性能雙相不銹鋼
雙相不銹鋼(gang)鋼(gang)種從冶金學的角度被設計成退火狀態下的顯微結構包含大致相同比例的奧氏體和鐵素體，通過將鎳限制在適度的低含量、增大鉻的含量至22%～26％而達到這一點。鉬含量保持與317L不銹鋼(gang)大致相同。所以，PRE值若高于30，主要是因為鉻和氮含量較高引起的。雙相結構表現出兩相各自占優勢的特性。最重要的是，這些鋼種具有非常高的強度和可使用的塑性和韌性。因為它們的鎳含量不是很高，所以它們以適度的價格將強度、耐均勻腐蝕和耐應力腐蝕斷裂性能很好地結合在一起。和奧氏體類不銹鋼類似，熱處理不會使這些雙相鋼種硬化。雙相不(bu)銹鋼的加工要注意避免二次相的損害及維持奧氏體相和鐵素體相大致等量的平衡。在這方面，它們比奧氏體不銹鋼要求更嚴格。表3列出了主要的鍛軋高性能雙相不銹鋼。
①. D-1組雙相不銹鋼
此組只有(you)一個鋼(gang)(gang)種即2304。盡管(guan)2304的耐腐蝕性(xing)能(neng)并不比標(biao)準的奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)更(geng)好，但仍(reng)然把(ba)它算作高(gao)性(xing)能(neng)不銹鋼(gang)(gang)，因為正如所有(you)的第二代雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)一樣(yang)，低(di)碳(tan)高(gao)氮的2304比早期的雙(shuang)相(xiang)鋼(gang)(gang)種更(geng)好地兼顧了加工性(xing)能(neng)和腐蝕特性(xing)。它易于焊接，與316L或317L相(xiang)比，它強度更(geng)高(gao)，耐應力(li)腐蝕斷裂性(xing)能(neng)更(geng)好。
②. D-2組雙相(xiang)不銹鋼(gang)
這一組的雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)，特別是(shi)2205，是(shi)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中最有用的鋼(gang)種，因為(wei)它兼具(ju)腐蝕(shi)(shi)特性、加工和(he)價格方(fang)面的優勢。它們在(zai)加工和(he)耐腐蝕(shi)(shi)性方(fang)面具(ju)有多種適(shi)應性，耐應力腐蝕(shi)(shi)斷裂性能優于316不(bu)銹鋼(gang)。
③. D-3組雙相不銹鋼(gang)
這些25Cr的(de)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)，如Ferralium255，比D-2附(fu)類(lei)的(de)鋼(gang)種鉻(ge)(ge)含量(liang)高，因而(er)耐局部(bu)腐蝕(shi)能力更強。但一般認為它不能耐受苛刻環境下的(de)海水腐蝕(shi)。鉻(ge)(ge)能夠很好(hao)地耐氧化性酸(suan)腐蝕(shi)，這組鋼(gang)需要(yao)較高含量(liang)的(de)鎳來平衡較高含量(liang)的(de)鉻(ge)(ge)，這樣耐還原(yuan)性酸(suan)腐蝕(shi)的(de)能力也(ye)得到(dao)改善。鉻(ge)(ge)含量(liang)高的(de)缺點是加(jia)速了(le)有(you)害相的(de)析(xi)出動力學，因此，涉及熱處(chu)理(li)的(de)加(jia)工需要(yao)精(jing)確地控制溫(wen)度條件。在某些情(qing)況下，快速析(xi)出動力學可能會限制有(you)效斷(duan)面(mian)尺寸(cun)。
④. D-4組雙相不銹鋼
這一組(zu)的(de)(de)(de)不銹鋼是(shi)(shi)雙相(xiang)不銹鋼中(zhong)合金(jin)化程度(du)最高(gao)的(de)(de)(de)一組(zu)，高(gao)含(han)量的(de)(de)(de)鉻(ge)、鉬、鎳和氮產生的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)腐蝕性是(shi)(shi)所有雙相(xiang)不銹鋼中(zhong)最好的(de)(de)(de)，并且強(qiang)度(du)比任何高(gao)性能(neng)不銹鋼的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)更高(gao)。因為這個原因，有時(shi)將這組(zu)鋼稱為超(chao)雙相(xiang)不銹鋼。它們在常溫海水(shui)介質中(zhong)耐(nai)(nai)點蝕和縫隙腐蝕的(de)(de)(de)能(neng)力與A-4組(zu)的(de)(de)(de)6％鉬奧氏體不銹鋼相(xiang)似，屈服(fu)強(qiang)度(du)超(chao)過550MPa。但是(shi)(shi)由于它們的(de)(de)(de)高(gao)合金(jin)含(han)量，它們在熱加(jia)工工藝方面(mian)的(de)(de)(de)限制甚至比D-3組(zu)的(de)(de)(de)鋼種(zhong)更嚴(yan)格。
