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(biao)6.1列出了雙(shuang)相不(bu)銹鋼在(zai)不(bu)同時期大致年代的(de)發展概況和一些主要牌號。
1971年以(yi)前,所(suo)開發的(de)牌號屬(shu)于(yu)第(di)(di)一代雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,其中包括20世紀30年代的(de)第(di)(di)一個雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第(di)(di)一代雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)含氮量處(chu)于(yu)電弧爐(lu)冶煉(lian)的(de)常(chang)(chang)規水平(ping)。雖然第(di)(di)一代雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼已(yi)將雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)性能特(te)點充分(fen)顯(xian)示了(le)(le)出來,但由于(yu)鋼的(de)耐點蝕當量PRE值(zhi)較低,各牌號間的(de)固(gu)溶態相(xiang)比例差別(bie)也(ye)較大(da),而且尚難以(yi)準(zhun)確控(kong)制,特(te)別(bie)是(shi)焊(han)后,熔(rong)合線和焊(han)縫熱影響區(qu)常(chang)(chang)常(chang)(chang)呈現(xian)的(de)單相(xiang)鐵素體組織,導致焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭處(chu)雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)鋼優良特(te)性顯(xian)著下降,甚至(zhi)完全喪失,嚴重阻礙了(le)(le)雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼在焊(han)接(jie)(jie)用途的(de)應(ying)用和發展。
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體(ti)不(bu)銹鋼(gang)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,目前又稱之為超級(ji)雙相不銹鋼(常以SD代表)。
進入(ru)2000年以(yi)來(lai),雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展呈現兩種(zhong)趨勢。一方面進一步提高鋼(gang)(gang)(gang)中合金元素(su)含(han)量以(yi)獲(huo)得更高強(qiang)度和(he)(he)(he)更加(jia)優(you)良(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性,如瑞典Sandvik公司新開(kai)發(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)SAF 2707和(he)(he)(he)SAF 3207。PRE值大于45%,稱(cheng)特(te)超級(ji)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(常(chang)以(yi)HD表示)。另一方面轉向開(kai)發(fa)(fa)(fa)低鎳(nie)量且(qie)不(bu)含(han)鉬(mu)或(huo)僅含(han)少量鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)經濟(ji)型雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),以(yi)降低雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)成本(ben)和(he)(he)(he)售價(jia),并顯(xian)著改善雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)熱加(jia)工性和(he)(he)(he)焊接性,從而增加(jia)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與其他類型不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)競爭(zheng)優(you)勢。目前列入(ru)經濟(ji)型雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)有20世(shi)紀80年代(dai)(dai)開(kai)發(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)(he)2000年以(yi)來(lai)問世(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)20%~21%Cr型的(de)(de)(de)(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和(he)(he)(he)LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型的(de)(de)(de)(de)(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以(yi)及(ji)含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一些腐蝕(shi)環境中,含(han)20%~22%Cr、含(han)1.5%Ni的(de)(de)(de)(de)(de)幾種(zhong)牌號可(ke)代(dai)(dai)替304、304L;SAF 2304可(ke)代(dai)(dai)替304、304L,甚至316和(he)(he)(he)316L;含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)(de)(de)AL 2003則可(ke)代(dai)(dai)316、316L和(he)(he)(he)SAF 2205。
從第二(er)代(dai)和(he)第三代(dai)以(yi)及第四代(dai)雙相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)(de)問世和(he)發展過(guo)程中(zhong)(zhong),可以(yi)觀察到用提高鋼(gang)中(zhong)(zhong)鉻(ge)量并加氮相(xiang)結合合金(jin)化以(yi)節約鉻(ge)鎳(nie)奧氏體中(zhong)(zhong)的(de)(de)貴重元(yuan)素鎳(nie)、鉬的(de)(de)思路。這種思路充分利用了(le)鉻(ge)、氮的(de)(de)特性和(he)鋼(gang)中(zhong)(zhong)鉻(ge)與氮共存的(de)(de)優勢。
圖6.1(b)指出(chu)了幾代(dai)雙(shuang)相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的演變過程。圖6.1(b)中指出(chu):雙(shuang)相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中的Cr+Mo量應≥21%,以防止冷成型(xing)引發馬氏體相變而(er)導致的鋼(gang)(gang)的性(xing)(xing)能(neng)(包(bao)括(kuo)耐蝕性(xing)(xing)、力學性(xing)(xing)能(neng)等)的下降;Cr+Mo量應≤35%,以防止鋼(gang)(gang)的組織熱(re)穩定(ding)性(xing)(xing)下降,金屬間相沉(chen)淀而(er)引發的塑(su)、韌性(xing)(xing),熱(re)加工性(xing)(xing)和焊接性(xing)(xing)以及耐蝕性(xing)(xing)的劣化;畫出(chu)了氮(dan)(dan)的固(gu)溶度(du)極(ji)(ji)限,提醒人們(men)注意雖然氮(dan)(dan)是有益元素,但(dan)鋼(gang)(gang)中加入大量的氮(dan)(dan),氮(dan)(dan)化物析出(chu)也是有害的,氮(dan)(dan)量若超過溶解度(du)極(ji)(ji)限,鋼(gang)(gang)在凝固(gu)過程中,氮(dan)(dan)會溢出(chu)而(er)造成廢品。
32304為(wei)00Cr23Ni4;31803和(he)32205均為(wei)00Cr23Ni5Mo3N特(te)超(chao)級(ji)雙相(xiang)鋼3207HD, Cr+Mo量(liang)均已達36%,氮量(liang)上限(xian)已達0.6%