α+γ鉻鎳雙相不(bu)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列出了雙相不銹鋼(gang)在不同(tong)時期大致年代的發展概況和一些主要牌號。

1971年以(yi)前,所開發(fa)的(de)(de)(de)(de)牌(pai)號(hao)屬于第一(yi)代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼,其中(zhong)包括20世紀30年代(dai)的(de)(de)(de)(de)第一(yi)個(ge)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第一(yi)代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)(de)(de)(de)含(han)氮量處(chu)于電弧爐冶(ye)煉的(de)(de)(de)(de)常規水平(ping)。雖然第一(yi)代(dai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼已將雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)(de)(de)(de)性能特(te)點(dian)充分顯(xian)示(shi)了(le)出(chu)來,但由于鋼的(de)(de)(de)(de)耐點(dian)蝕當量PRE值(zhi)較低,各牌(pai)號(hao)間的(de)(de)(de)(de)固溶態相(xiang)(xiang)(xiang)比例差別也較大,而且(qie)尚(shang)難以(yi)準確控制,特(te)別是焊后,熔合(he)線和焊縫(feng)熱影(ying)響區常常呈現的(de)(de)(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)鐵(tie)素體組織,導(dao)致焊接(jie)接(jie)頭處(chu)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼優良特(te)性顯(xian)著下降(jiang),甚至(zhi)完全(quan)喪失(shi),嚴(yan)重阻礙了(le)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼在(zai)焊接(jie)用(yong)途的(de)(de)(de)(de)應用(yong)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(tie)素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(ru)2000年以(yi)(yi)(yi)來(lai),雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)呈現兩種趨勢。一(yi)(yi)(yi)方面進(jin)一(yi)(yi)(yi)步提高鋼(gang)(gang)(gang)中合金元(yuan)素含(han)(han)量(liang)以(yi)(yi)(yi)獲(huo)得更(geng)高強度和(he)(he)更(geng)加(jia)優良的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing),如瑞典(dian)Sandvik公司新開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值(zhi)大于45%,稱特超級雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(常以(yi)(yi)(yi)HD表示)。另一(yi)(yi)(yi)方面轉向開發(fa)(fa)低鎳量(liang)且不(bu)含(han)(han)鉬或(huo)僅含(han)(han)少量(liang)鉬的(de)(de)(de)經濟(ji)(ji)型(xing)雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),以(yi)(yi)(yi)降低雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)成本和(he)(he)售價,并顯著改善雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱加(jia)工性(xing)和(he)(he)焊(han)接(jie)性(xing),從而增加(jia)雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與其(qi)他類型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)競爭優勢。目前列入(ru)經濟(ji)(ji)型(xing)雙(shuang)(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)有20世紀80年代(dai)開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年以(yi)(yi)(yi)來(lai)問(wen)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)(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在(zai)一(yi)(yi)(yi)些腐蝕(shi)環(huan)境中,含(han)(han)20%~22%Cr、含(han)(han)1.5%Ni的(de)(de)(de)幾(ji)種牌號可代(dai)替304、304L;SAF 2304可代(dai)替304、304L,甚(shen)至316和(he)(he)316L;含(han)(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003則可代(dai)316、316L和(he)(he)SAF 2205。
從(cong)第(di)二代(dai)和(he)第(di)三(san)代(dai)以及(ji)第(di)四代(dai)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼的(de)問(wen)世和(he)發展過程(cheng)中,可以觀察到(dao)用提高鋼中鉻量并加氮(dan)相(xiang)結合合金(jin)化以節約鉻鎳(nie)奧氏體中的(de)貴重元素(su)鎳(nie)、鉬的(de)思路(lu)。這種思路(lu)充分利用了鉻、氮(dan)的(de)特性和(he)鋼中鉻與(yu)氮(dan)共存(cun)的(de)優(you)勢。
圖6.1(b)指出(chu)(chu)(chu)了幾(ji)代雙相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)演變過(guo)(guo)程(cheng)。圖6.1(b)中(zhong)指出(chu)(chu)(chu):雙相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)Cr+Mo量(liang)應≥21%,以(yi)防(fang)止(zhi)冷成(cheng)型引(yin)發馬氏體相變而導致的(de)鋼(gang)(gang)的(de)性能(neng)(包括耐蝕(shi)性、力學性能(neng)等)的(de)下(xia)(xia)降(jiang);Cr+Mo量(liang)應≤35%,以(yi)防(fang)止(zhi)鋼(gang)(gang)的(de)組織熱(re)穩定性下(xia)(xia)降(jiang),金屬間相沉淀而引(yin)發的(de)塑、韌性,熱(re)加工(gong)性和焊接性以(yi)及耐蝕(shi)性的(de)劣化;畫(hua)出(chu)(chu)(chu)了氮(dan)(dan)的(de)固(gu)溶(rong)度極限,提醒人們(men)注意雖然(ran)氮(dan)(dan)是有益(yi)元素,但鋼(gang)(gang)中(zhong)加入大量(liang)的(de)氮(dan)(dan),氮(dan)(dan)化物析出(chu)(chu)(chu)也是有害(hai)的(de),氮(dan)(dan)量(liang)若超過(guo)(guo)溶(rong)解度極限,鋼(gang)(gang)在凝固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong),氮(dan)(dan)會溢出(chu)(chu)(chu)而造(zao)成(cheng)廢(fei)品。

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

