雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel,DSS),指鐵素體與奧氏體各約占50%,一般較少相的含量最少也需要達到30%的不銹鋼。雙(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)從20世紀40年代在美國誕生以來,已經發展到第三代。它的主要特點是:屈服強度可達400~550MPa,是普通不銹鋼的2倍,因此可以節約用材,降低設備制造成本。在抗腐蝕方面,特別是介質環境比較惡劣(如海水,氯離子含量較高)的條件下,雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼,可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。
雙(shuang)(shuang)相不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在C含(han)量較低(di)的情況下,Cr含(han)量在18%~28%,Ni含(han)量在3%~10%。有些鋼(gang)(gang)還含(han)有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素(su)。該(gai)類鋼(gang)(gang)兼有奧氏體和鐵素(su)體不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的特點,與鐵素(su)體相比,塑性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)更高(gao)(gao),無室溫(wen)脆(cui)性(xing)(xing),耐晶(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)和焊接(jie)性(xing)(xing)能(neng)均顯(xian)著提(ti)高(gao)(gao),同時還保持(chi)有鐵素(su)體不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的475℃脆(cui)性(xing)(xing)以及(ji)熱導率(lv)高(gao)(gao),具(ju)有超塑性(xing)(xing)等特點。與奧氏體不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)相比,強度高(gao)(gao)且耐晶(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)和耐氯化物應力腐(fu)蝕(shi)有明顯(xian)提(ti)高(gao)(gao)。雙(shuang)(shuang)相不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)具(ju)有優(you)良的耐孔蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng),也是一種節鎳不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。
奧氏體+鐵素體(雙相(xiang)(xiang))不銹(xiu)鋼是指(zhi)基體兼(jian)(jian)有奧氏體和鐵素體兩(liang)(liang)相(xiang)(xiang)組織并(bing)兼(jian)(jian)備兩(liang)(liang)者的特征,一(yi)般它比奧氏體系列不銹(xiu)鋼強(qiang)度高,耐腐蝕性能也(ye)更(geng)優(you)越。但是由(you)于高溫而(er)脆化,所以一(yi)般要(yao)求(qiu)在(zai)大約300℃以下用。在(zai)常溫下顯(xian)示出磁(ci)性,可通過冷加工(gong)使(shi)其強(qiang)化的不銹(xiu)鋼。
成分中高Cr高N,常溫下具有奧氏體和鐵素體混合相,代表鋼種是 022Cr23Ni4MoCuN(2304)、022Cr23Ni5Mo3N(2205)、022Cr25Ni7Mo4N(2507)。
主(zhu)要特(te)點是:在高溫下基本為鐵素體組織,在冷卻至(zhi)室溫時具有30%~50%鐵素體+奧氏體雙相(xiang)組織。屈(qu)服(fu)強度高、超強的耐(nai)點蝕、耐(nai)應力腐蝕能(neng)力,易于成形和(he)焊接。
由于雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)具有(you)兩相(xiang)組織(zhi)的(de)(de)(de)(de)特點,通過正(zheng)確控制化(hua)(hua)學成分(fen)和(he)(he)熱處理工藝(yi),使雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)兼有(you)鐵素體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)優(you)點。它將(jiang)奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)所具有(you)的(de)(de)(de)(de)優(you)良(liang)韌(ren)性(xing)(xing)和(he)(he)焊(han)接性(xing)(xing)與鐵素體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)所具有(you)的(de)(de)(de)(de)較高強度和(he)(he)耐(nai)氯化(hua)(hua)物應力腐蝕性(xing)(xing)能結(jie)合在一(yi)起,正(zheng)是這些優(you)越的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能使雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)作(zuo)為可焊(han)接的(de)(de)(de)(de)結(jie)構材料而迅(xun)速發展,20世紀80年代以(yi)來,雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)已(yi)成為和(he)(he)馬氏體(ti)(ti)(ti)型(xing)、奧氏體(ti)(ti)(ti)型(xing)和(he)(he)鐵素體(ti)(ti)(ti)型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)并列的(de)(de)(de)(de)一(yi)個鋼(gang)類。
雙相不銹鋼有以下性能特點:
①. 含鉬(mu)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼在(zai)低應力下有(you)良好的(de)耐(nai)氯化物應力腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)。一(yi)般18-8型奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼在(zai)60℃以(yi)上中性氯化物溶液中容易發(fa)生應力腐蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie),在(zai)微量氯化物及硫化氫工業介質中用這類不銹(xiu)(xiu)鋼制造的(de)熱交換器(qi)、蒸發(fa)器(qi)等設備都存在(zai)著產生應力腐蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)的(de)傾向,而雙相不銹(xiu)(xiu)鋼卻(que)有(you)良好的(de)抵抗能(neng)力。
②. 含鉬雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)有(you)良(liang)好(hao)的(de)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)性能(neng)。在具有(you)相(xiang)同的(de)孔(kong)蝕(shi)抗力當(dang)量值(PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N])時,雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)與(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)臨界孔(kong)蝕(shi)電位(wei)相(xiang)仿。雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)與(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)性能(neng)與(yu)(yu)AISI316L相(xiang)當(dang)。含25%Cr,尤其是含氮(dan)的(de)高鉻雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)和縫隙腐蝕(shi)性能(neng)超過了AISI 316L。
③. 具有(you)良(liang)好(hao)的耐腐蝕(shi)疲勞和磨損腐蝕(shi)性能。在某些腐蝕(shi)介(jie)質的條件下(xia),適(shi)用于制作泵(beng)、閥等動力(li)設備。
④. 綜合力學性(xing)能好。有(you)較高的(de)(de)強(qiang)(qiang)度和疲勞強(qiang)(qiang)度,屈服強(qiang)(qiang)度是18-8型奧氏體(ti)不銹鋼的(de)(de)2倍。固(gu)溶態的(de)(de)延(yan)伸(shen)率達到25%,韌性(xing)值Ak(V形槽口(kou))在100J以上。
⑤. 可焊(han)性良好,熱裂傾向(xiang)小,一般(ban)焊(han)前不需預熱,焊(han)后不需熱處理,可與(yu)18-8型奧(ao)氏體不銹鋼或碳(tan)鋼等異(yi)種焊(han)接。
⑥. 含(han)低鉻(18%Cr)的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)熱加工(gong)溫度范圍比(bi)18-8型奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)寬,抗力小,可不(bu)經過鍛造(zao),直接軋制開坯(pi)生產(chan)鋼(gang)(gang)板(ban)。含(han)高鉻(25%Cr)的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)熱加工(gong)比(bi)奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)略顯困(kun)難,可以生產(chan)板(ban)、管和絲等(deng)產(chan)品。
⑦. 冷加工(gong)時(shi)比18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼加工(gong)硬化效(xiao)應(ying)大(da),在管、板承受變(bian)形(xing)初期(qi),需施加較(jiao)大(da)應(ying)力才能(neng)變(bian)形(xing)。
⑧. 與奧(ao)(ao)氏體不(bu)銹鋼相比(bi),熱導率(lv)大,線膨(peng)脹系數(shu)小,適(shi)(shi)合用做設備的襯里和生產(chan)復合板。也適(shi)(shi)合制作熱交換(huan)器的管芯,換(huan)熱效(xiao)率(lv)比(bi)奧(ao)(ao)氏體不(bu)銹鋼高。
⑨. 仍(reng)有高鉻鐵(tie)素體不銹鋼的(de)(de)各種(zhong)脆(cui)(cui)性傾向,不宜(yi)用在高于300℃的(de)(de)工作條(tiao)件。雙(shuang)相(xiang)不銹鋼中鉻含量愈低,σ等脆(cui)(cui)性相(xiang)的(de)(de)危害(hai)性也愈小。
雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼具有(you)良好(hao)的焊(han)接性能,與鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼及奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼相(xiang)比,它既(ji)不(bu)像(xiang)鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的焊(han)接熱影響區,由于(yu)晶(jing)粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低;也不(bu)像(xiang)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼那(nei)樣,對焊(han)接熱裂紋比較敏感。
雙相不(bu)銹(xiu)鋼由于其特(te)殊的(de)優點,廣泛應用于石(shi)油(you)化工設備、海(hai)水(shui)與廢水(shui)處(chu)理設備、輸油(you)輸氣管線、造紙機械等工業領(ling)域,近(jin)年來也被研究(jiu)用于橋梁承重結構(gou)領(ling)域,具(ju)有很好的(de)發展前景。
我國標準(zhun)GB/T 20878-2007《不銹鋼(gang)和耐熱(re)鋼(gang) 牌號及(ji)化學成分》中加入了許多(duo)(duo)雙(shuang)相不銹鋼(gang)牌號。如 14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti。更多(duo)(duo)的牌號詳(xiang)見標準(zhun)。
另外,著(zhu)名的2205 雙相不銹鋼相當(dang)于(yu)我國(guo)的022Cr23Ni5Mo3N。
雙相不(bu)銹鋼可用于煉油(you)、化肥、造紙、石(shi)油(you)、化工等領(ling)域中耐(nai)海水(shui)、耐(nai)高溫、耐(nai)濃硝酸等的熱交換器和冷淋器及器件。
雙相不銹鋼(DSS)的主(zhu)要代(dai)表(biao)牌(pai)號(hao)一(yi)般(ban)可分為四類:低合(he)金(jin)型,代(dai)表(biao)牌(pai)號(hao)022Cr23Ni4MoCuN(2304);中(zhong)合(he)金(jin)型,代(dai)表(biao)牌(pai)號(hao)022Cr23Ni5Mo3N(2205);高合(he)金(jin)型,代(dai)表(biao)牌(pai)號(hao)03Cr25Ni6Mo3Cu2N(225);超級雙相不銹鋼型,標準牌(pai)號(hao)022Cr25Ni7Mo4N(2507)。
低合金型 022Cr23Ni4MoCuN(2304)不含(han)鉬(mu),在(zai)耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)方面可代替(ti)06Cr19Ni10(304)或06Cr17Ni12Mo2(316)使用。
中合金型(xing) 022Cr23Ni5Mo3N(2204)的耐蝕性能(neng)介于022Cr17Ni12Mo2(316L)和6%Mo+N奧氏(shi)體不銹鋼之間(jian)。
高(gao)合金型一般含(han)(han)25%Cr,還(huan)含(han)(han)有(you)鉬和(he)氮,有(you)的(de)還(huan)含(han)(han)銅和(he)鎢,這類鋼(gang)的(de)耐蝕性能高(gao)于22%Cr的(de)雙相不銹鋼(gang)。
超級雙相(xiang)不銹(xiu)鋼型為含高鉬和氮,有的也含鎢和銅,也適用于苛刻的介質條件,具有良好的耐腐蝕與力學綜合性能,可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。