“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不銹鋼（含18％鉻和8％鎳，18-8）和316L不銹(xiu)鋼(gang)（鉻鎳含量與304不銹鋼類似，另外含2％鉬，18-10-2)。它們在氯化物介質中耐點(dian)蝕和應力腐蝕斷裂(lie)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碳（VOD）和氬氧脫碳（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。
高性能不(bu)銹(xiu)鋼(gang)主要(yao)有(you)(you)三類：奧氏體(ti)、鐵素(su)體(ti)和(he)雙相（奧氏體(ti)—鐵素(su)體(ti)）不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。三類不(bu)銹(xiu)鋼(gang)有(you)(you)一(yi)(yi)(yi)般的共(gong)性，也有(you)(you)各自不(bu)同的耐腐蝕性和(he)其它(ta)特(te)性。因此，其目前和(he)潛在的應用非常廣泛(fan)，每(mei)一(yi)(yi)(yi)類鋼(gang)和(he)每(mei)一(yi)(yi)(yi)種鋼(gang)都可(ke)以針對某一(yi)(yi)(yi)特(te)定(ding)的需要(yao)，提供最佳的性能。
高(gao)(gao)鎳奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)一(yi)般(ban)用(yong)(yong)于(yu)強酸(suan)(suan)設(she)備(bei)和(he)耐氯(lv)化物(wu)點蝕和(he)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕斷裂(lie)。帶有酸(suan)(suan)冷凝液(ye)的(de)(de)(de)煙氣清洗裝置(zhi)或含有強氧化劑的(de)(de)(de)酸(suan)(suan)性溶(rong)液(ye)如紙(zhi)張漂白工藝(yi)中常(chang)(chang)常(chang)(chang)選(xuan)用(yong)(yong)這種(zhong)鋼(gang)種(zhong)。當(dang)現場(chang)加工制(zhi)作(zuo)是重要(yao)考(kao)慮因素時(shi)，奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)比較有利(li)，因為(wei)它(ta)們易于(yu)焊接，這類(lei)鋼(gang)種(zhong)廣泛(fan)用(yong)(yong)于(yu)焊接質量極其重要(yao)的(de)(de)(de)海上石油和(he)核電(dian)站管道。如果需要(yao)用(yong)(yong)薄板(ban)，則一(yi)般(ban)鐵素體鋼(gang)種(zhong)的(de)(de)(de)成(cheng)本效(xiao)益最(zui)好，所(suo)以它(ta)們已用(yong)(yong)作(zuo)多種(zhong)熱(re)交換(huan)器的(de)(de)(de)制(zhi)管材料。在要(yao)求強度的(de)(de)(de)場(chang)合，通常(chang)(chang)選(xuan)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，它(ta)們用(yong)(yong)于(yu)化學(xue)加工工業(ye)的(de)(de)(de)壓力(li)(li)容(rong)器，在熱(re)交換(huan)器上的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)也(ye)日益廣泛(fan)。所(suo)有這三類(lei)高(gao)(gao)性能(neng)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)具(ju)有寬(kuan)應用(yong)(yong)范圍的(de)(de)(de)抗氯(lv)化物(wu)點蝕和(he)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕斷裂(lie)性能(neng)都優于(yu)304和(he)316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，因此制(zhi)造加工方(fang)面的(de)(de)(de)考(kao)慮常(chang)(chang)常(chang)(chang)決定了氯(lv)化物(wu)設(she)施(shi)的(de)(de)(de)最(zui)終(zhong)選(xuan)材。
與304和(he)316不銹鋼(gang)(gang)相比，高性(xing)能(neng)不銹鋼(gang)(gang)在冶金學(xue)和(he)加(jia)工(gong)方面的(de)技(ji)術要(yao)求(qiu)更嚴格。這是(shi)由(you)鋼(gang)(gang)本(ben)(ben)身的(de)性(xing)質和(he)它們應(ying)用的(de)苛刻環境所(suo)決定的(de)。要(yao)想成功地使用高性(xing)能(neng)不銹鋼(gang)(gang)，有必(bi)要(yao)透徹地了(le)解它們。本(ben)(ben)系列(lie)文章為(wei)在特定的(de)應(ying)用中選取最(zui)佳(jia)的(de)材料(liao)提供了(le)幫(bang)助，為(wei)所(suo)選鋼(gang)(gang)種(zhong)的(de)加(jia)工(gong)和(he)應(ying)用提供了(le)指南(nan)(nan)。由(you)于(yu)應(ying)用的(de)錯綜復雜和(he)大量鋼(gang)(gang)種(zhong)的(de)出現，本(ben)(ben)系列(lie)文章僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)作為(wei)一個(ge)初步的(de)指南(nan)(nan)，讀(du)者可以向材料(liao)制造商咨詢，全面了(le)解每(mei)種(zhong)材料(liao)的(de)優勢(shi)、局(ju)限性(xing)和(he)具體要(yao)求(qiu)。
1. 高(gao)性能奧氏體不銹(xiu)鋼
高性能奧氏體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(yu)標準奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼相(xiang)比，除了耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)不(bu)(bu)同之外，另一(yi)個主要(yao)的(de)不(bu)(bu)同之處在于高(gao)性(xing)能(neng)(neng)鋼種(zhong)在高(gao)溫下(xia)迅速形(xing)成二次(ci)相(xiang)，這些相(xiang)可能(neng)(neng)對某些力學性(xing)能(neng)(neng)和耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)有(you)損害(hai)(hai)，因此(ci)，這種(zhong)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)使用溫度(du)不(bu)(bu)應(ying)超(chao)過(guo)500℃。此(ci)外，高(gao)溫操作(zuo)如鍛造和焊(han)接(jie)時應(ying)注意避免這些有(you)害(hai)(hai)相(xiang)的(de)形(xing)成。
表1列出了一些著名(ming)的鍛造高性能奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)，各鋼(gang)種標出了其常用(yong)名(ming)稱、UNS牌號。許(xu)多鋼(gang)種當初開發后都申請了專(zhuan)利(li)，有些專(zhuan)利(li)目前仍然(ran)有效。表中(zhong)顯示的化學成分范(fan)圍與最常用(yong)的ASTM標準A 240一致，表中(zhong)顯示的惟一含量值是生產廠商提供的“典(dian)型(xing)值”。
表(biao)1的(de)鋼種按照鉬、鉻和(he)氮含量增加或PRE值增加的(de)順序排(pai)列。
PRE值指的(de)是(shi)耐(nai)點(dian)蝕(shi)當量數， 其定義(yi)為PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N，％為重(zhong)量百分(fen)比。在氯化物介質(zhi)中, 較高的(de)PRE值不完(wan)全(quan)定量地表示出(chu)較高的(de)耐(nai)局部(bu)腐蝕(shi)能力。根據耐(nai)局部(bu)腐蝕(shi)能力的(de)相似程度(du)，這些(xie)鋼種又被分(fen)成6個分(fen)組(zu)，對(dui)這些(xie)分(fen)組(zu)的(de)描述如下：
①. A-1組奧氏體不銹鋼
這(zhe)(zhe)一(yi)組的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)主(zhu)要用于熱的(de)(de)高濃(nong)度硫酸(suan)溶液介質。所需的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐蝕性主(zhu)要通(tong)過較高的(de)(de)鎳(nie)含量獲得。鉻、鉬含量與316不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)相當(dang)的(de)(de)20Cb-3和(he)合金825在耐(nai)(nai)(nai)局部點蝕和(he)縫隙腐蝕方面并不比(bi)316不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)占優勢。隨著鎳(nie)含量的(de)(de)增(zeng)加(jia)，它們耐(nai)(nai)(nai)氯化(hua)物應(ying)力腐蝕斷裂(lie)的(de)(de)能(neng)力逐(zhu)漸增(zeng)加(jia)。它們在要求良(liang)好的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)硫酸(suan)或應(ying)力腐蝕斷裂(lie)性能(neng)的(de)(de)化(hua)工應(ying)用領(ling)域(yu)表現出色，這(zhe)(zhe)方面的(de)(de)應(ying)用已有很(hen)長歷史(shi)。
②. A-2組(zu)奧氏體不(bu)銹鋼
與(yu)316L或(huo)317L相比(bi)，這些鋼種如317LMN，在鹵化物介質中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)局部腐蝕性能(neng)有所提高，通過(guo)采用(yong)較高的(de)(de)(de)鉬含量(liang)和(he)氮含量(liang)實現了(le)這一點。氮元素在改善耐(nai)(nai)腐蝕性的(de)(de)(de)同時，還能(neng)夠使奧氏體穩定化，所以可以減少鎳(nie)的(de)(de)(de)用(yong)量(liang)，達到最(zui)經濟的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)效果。這些鋼種的(de)(de)(de)性能(neng)比(bi)316L提高了(le)，而費用(yong)適中(zhong)，廣泛(fan)用(yong)于(yu)在中(zhong)等點蝕性介質條件下(xia)運(yun)行的(de)(de)(de)煙氣脫硫裝置（FGD）的(de)(de)(de)吸收塔。
③. A-3組奧氏(shi)體不(bu)銹鋼
這組不銹鋼如904L，鎳含(han)量在(zai)10％以上，具有(you)全面的(de)、平衡的(de)耐(nai)還原性酸和氯(lv)化物應力腐蝕(shi)斷裂性能(neng)。銅的(de)添加，進一步增加了它們耐(nai)還原性酸的(de)能(neng)力。
④. A-4組奧氏體不銹(xiu)鋼
這一組(zu)不銹鋼(gang)(gang)通常被稱(cheng)為6％鉬不銹鋼(gang)(gang)，包(bao)括(kuo)AL-6XN, 1925 hMo,25-6MO和254 SMO等, 最初是(shi)為耐(nai)(nai)室溫下海水和紙漿漂白設備介質的(de)(de)(de)局部(bu)腐蝕而設計的(de)(de)(de)。通過添(tian)加相對較高(gao)含量(liang)的(de)(de)(de)氮、鉻和鉬，使其PRE值在40～43之(zhi)間而達到以上要求(qiu)。這組(zu)鋼(gang)(gang)鎳含量(liang)高(gao)，有(you)助于(yu)奧氏體的(de)(de)(de)穩定，因此也具(ju)(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)一般酸腐蝕的(de)(de)(de)能力和良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)氯(lv)化物應力腐蝕斷裂的(de)(de)(de)性能。該組(zu)鋼(gang)(gang)中含氮量(liang)高(gao)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種比不含氮的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種具(ju)(ju)有(you)明顯的(de)(de)(de)強度優勢。這類(lei)鋼(gang)(gang)廣泛(fan)用于(yu)海水管道和海水熱交換器、紙漿漂白設備以及各類(lei)化工廠和電廠等。
⑤. A-5組奧氏體不銹鋼(gang)
這(zhe)組鋼(gang)的主要特點是高強度，例如4565S。它是通過含量為0.25%～0.50％的氮的固溶強化作用實現的。根據鉻、鉬和鎳(nie)含量的不同，它們的腐蝕(shi)特性有很大的不同。鎳(nie)含量較低（12%～18％）的鋼(gang)種，其耐氯化物應力(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂的性能(neng)相當于(yu)A-2組的不銹(xiu)鋼(gang)。
⑥. A-6組(zu)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼
這組不銹鋼，如654 SMO，代表了(le)目前所有(you)高(gao)(gao)性能(neng)不銹鋼中的(de)(de)(de)(de)(de)最高(gao)(gao)性能(neng)。它(ta)們將高(gao)(gao)強度和突(tu)出的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕性能(neng)結(jie)合在(zai)一起，同時(shi)具有(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕斷(duan)(duan)裂(lie)和耐(nai)(nai)酸腐(fu)(fu)(fu)蝕性能(neng)。它(ta)們能(neng)夠耐(nai)(nai)45％的(de)(de)(de)(de)(de)沸騰(teng)氯化鎂試驗溶液的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕斷(duan)(duan)裂(lie)，能(neng)夠在(zai)溫(wen)度大(da)大(da)高(gao)(gao)于(yu)室溫(wen)、存在(zai)嚴重縫(feng)隙的(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件下(xia)耐(nai)(nai)海水的(de)(de)(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕。它(ta)們耐(nai)(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力接(jie)近(jin)于(yu)鎳基合金的(de)(de)(de)(de)(de)最佳值，同時(shi)強度要高(gao)(gao)得多(duo)(duo)。這些較(jiao)新的(de)(de)(de)(de)(de)鋼種(zhong)對于(yu)解決墊片(pian)接(jie)縫(feng)、較(jiao)高(gao)(gao)溫(wen)度下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)海水處理系統以及許(xu)多(duo)(duo)高(gao)(gao)壓下(xia)運行的(de)(de)(de)(de)(de)裝置(zhi)發生的(de)(de)(de)(de)(de)縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕問題，具有(you)突(tu)出的(de)(de)(de)(de)(de)潛力。
2. 高性能鐵素(su)體不(bu)銹鋼
高性能鐵素(su)體不(bu)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(bu)銹(xiu)鋼
這類不銹鋼，如E-BRITE 26－1，其耐局部腐蝕(shi)能力與316不銹鋼相似，但耐應力腐蝕(shi)斷裂的能力大(da)大(da)優(you)于(yu)后者。這種良好的應力腐蝕(shi)斷裂性能使其可用于(yu)熱的濃縮堿(jian)溶液和(he)含(han)氯化物的溶液。
②. F-2組鐵素體不銹鋼(gang)
這(zhe)一(yi)組不(bu)銹鋼，包括SEA-CURE，為耐(nai)(nai)常溫海(hai)水的(de)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)而(er)設計(ji)，廣泛用于電廠的(de)海(hai)水冷卻冷凝(ning)器(qi)。由(you)于它們鉻含量(liang)高，鉬和鎳(nie)含量(liang)適中，對強有(you)機(ji)酸和氧(yang)化性(xing)的(de)或中等還原性(xing)的(de)無機(ji)酸也有(you)很好的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。但是這(zhe)些鋼種中的(de)鎳(nie)降(jiang)低了耐(nai)(nai)氯化物應力腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)的(de)性(xing)能，增(zeng)加了對形(xing)成有(you)害的(de)二(er)次相(xiang)的(de)敏(min)感(gan)性(xing)。所有(you)的(de)這(zhe)些鐵素體不(bu)銹鋼在氯化鈉(na)試驗溶(rong)液(ye)中，都能夠(gou)耐(nai)(nai)應力腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)，但由(you)于其鎳(nie)含量(liang)為0.5%-4.2%，可能無法耐(nai)(nai)氯化鎂試驗溶(rong)液(ye)的(de)應力腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)。
③. F-3組鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼
如(ru)同A-6組(zu)的(de)奧氏體不(bu)銹鋼，這(zhe)一組(zu)中的(de)AL 29-4-2，是為了達到鐵素(su)體不(bu)銹鋼綜(zong)合性能(neng)的(de)最高水平而設計，它兼具良好的(de)耐(nai)局部腐蝕和耐(nai)酸腐蝕性能(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。雙相不銹(xiu)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(shuang)相不銹鋼
此(ci)組只有一個(ge)鋼(gang)(gang)種(zhong)即2304。盡管2304的耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能并(bing)不比(bi)標準(zhun)的奧(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)更(geng)好(hao)(hao)，但仍(reng)然把它算作高性(xing)(xing)(xing)能不銹鋼(gang)(gang)，因為(wei)正如(ru)所有的第(di)二(er)代(dai)雙相不銹鋼(gang)(gang)一樣，低碳(tan)高氮的2304比(bi)早期的雙相鋼(gang)(gang)種(zhong)更(geng)好(hao)(hao)地兼顧(gu)了加工性(xing)(xing)(xing)能和(he)腐(fu)蝕特性(xing)(xing)(xing)。它易于(yu)焊接，與316L或317L相比(bi)，它強度更(geng)高，耐(nai)應(ying)力腐(fu)蝕斷裂性(xing)(xing)(xing)能更(geng)好(hao)(hao)。
②. D-2組(zu)雙相不銹鋼
這(zhe)一組的(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼，特別是2205，是雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼中最有(you)用的(de)鋼種，因(yin)為它(ta)兼具腐蝕(shi)特性(xing)、加工和價格方面(mian)的(de)優勢。它(ta)們在加工和耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)方面(mian)具有(you)多種適應性(xing)，耐(nai)應力腐蝕(shi)斷裂(lie)性(xing)能優于316不銹(xiu)鋼。
③. D-3組雙相不銹鋼
這些25Cr的(de)(de)(de)雙相(xiang)不銹鋼，如Ferralium255，比D-2附類(lei)的(de)(de)(de)鋼種鉻(ge)(ge)含(han)量高，因而耐局部腐蝕(shi)能力更強。但一般認為(wei)它不能耐受苛刻環境下(xia)(xia)的(de)(de)(de)海水腐蝕(shi)。鉻(ge)(ge)能夠很好地耐氧化性酸腐蝕(shi)，這組鋼需要較高含(han)量的(de)(de)(de)鎳來平衡較高含(han)量的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)，這樣耐還原性酸腐蝕(shi)的(de)(de)(de)能力也(ye)得到(dao)改善(shan)。鉻(ge)(ge)含(han)量高的(de)(de)(de)缺(que)點(dian)是加速了有害(hai)相(xiang)的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)動(dong)(dong)力學，因此(ci)，涉及熱處(chu)理(li)的(de)(de)(de)加工需要精確(que)地控制溫度條件(jian)。在某些情況下(xia)(xia)，快(kuai)速析(xi)出(chu)動(dong)(dong)力學可能會限制有效斷面(mian)尺寸。
④. D-4組雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼
這一組的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)是(shi)(shi)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中合金(jin)(jin)化程度(du)(du)最(zui)高(gao)(gao)的一組，高(gao)(gao)含量的鉻、鉬(mu)、鎳(nie)和氮產生的耐腐蝕(shi)性是(shi)(shi)所有雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中最(zui)好的，并且(qie)強度(du)(du)比(bi)任何(he)高(gao)(gao)性能不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的強度(du)(du)更高(gao)(gao)。因為(wei)這個原因，有時將(jiang)這組鋼(gang)稱(cheng)為(wei)超雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。它們在常(chang)溫(wen)海水(shui)介質中耐點蝕(shi)和縫隙腐蝕(shi)的能力與A-4組的6％鉬(mu)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)相似，屈服強度(du)(du)超過550MPa。但是(shi)(shi)由于它們的高(gao)(gao)合金(jin)(jin)含量，它們在熱加工工藝方面的限制甚(shen)至(zhi)比(bi)D-3組的鋼(gang)種更嚴格。
