α+γ鉻鎳雙(shuang)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列出了雙相不銹鋼在(zai)不同時期大致年代的發展概況和(he)一些主要(yao)牌號(hao)。
1971年(nian)以前,所開發的(de)(de)(de)牌(pai)號(hao)屬于(yu)第一(yi)代雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼,其中(zhong)包括20世紀30年(nian)代的(de)(de)(de)第一(yi)個雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第一(yi)代雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)含氮量處于(yu)電弧爐冶煉(lian)的(de)(de)(de)常(chang)規(gui)水平。雖然第一(yi)代雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼已將雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)性能特點充分(fen)顯示了(le)出來,但由于(yu)鋼的(de)(de)(de)耐點蝕當(dang)量PRE值較低(di),各牌(pai)號(hao)間的(de)(de)(de)固溶態相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例差別也(ye)較大,而且尚難以準(zhun)確控制,特別是焊后,熔合線和焊縫熱影響(xiang)區常(chang)常(chang)呈現(xian)的(de)(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)鐵素體組織,導致(zhi)焊接接頭(tou)處雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)鋼優良(liang)特性顯著(zhu)下降,甚至完(wan)全喪失,嚴重阻礙(ai)了(le)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼在焊接用(yong)途的(de)(de)(de)應用(yong)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,目前又稱之為超級(ji)雙相不銹鋼(常以SD代表)。
進入(ru)2000年(nian)以(yi)來,雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)發展呈現(xian)兩種(zhong)趨(qu)勢。一方面進一步提(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)中(zhong)合金(jin)元素含(han)(han)量(liang)以(yi)獲得(de)更高(gao)(gao)強度(du)和(he)(he)更加(jia)優良的(de)耐蝕性(xing),如(ru)瑞典Sandvik公司新開發的(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值大(da)于45%,稱(cheng)特超級雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(常以(yi)HD表示)。另一方面轉向(xiang)開發低鎳量(liang)且不(bu)含(han)(han)鉬或僅含(han)(han)少量(liang)鉬的(de)經濟型(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),以(yi)降低雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)成本和(he)(he)售(shou)價,并顯著改善雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)熱(re)加(jia)工性(xing)和(he)(he)焊接性(xing),從而增加(jia)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)與(yu)其他類型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)競(jing)爭優勢。目(mu)前列入(ru)經濟型(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)有20世(shi)紀80年(nian)代開發的(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年(nian)以(yi)來問世(shi)的(de)20%~21%Cr型(xing)的(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和(he)(he)LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型(xing)的(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以(yi)及含(han)(han)1.5%Mo的(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在(zai)一些腐蝕環(huan)境中(zhong),含(han)(han)20%~22%Cr、含(han)(han)1.5%Ni的(de)幾種(zhong)牌(pai)號可(ke)代替304、304L;SAF 2304可(ke)代替304、304L,甚至316和(he)(he)316L;含(han)(han)1.5%Mo的(de)AL 2003則可(ke)代316、316L和(he)(he)SAF 2205。
從第二代(dai)(dai)和第三代(dai)(dai)以及第四代(dai)(dai)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼的(de)問世和發展過程中(zhong)(zhong),可以觀察到用提高(gao)鋼中(zhong)(zhong)鉻量并加氮相(xiang)結合(he)合(he)金(jin)化以節約鉻鎳奧氏體中(zhong)(zhong)的(de)貴重元素鎳、鉬的(de)思(si)路。這種思(si)路充分(fen)利用了鉻、氮的(de)特性和鋼中(zhong)(zhong)鉻與氮共存的(de)優勢。
圖(tu)6.1(b)指出了幾代(dai)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)(de)演變(bian)過程(cheng)。圖(tu)6.1(b)中(zhong)指出:雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)Cr+Mo量(liang)應≥21%,以(yi)防止冷(leng)成型引發馬氏體相(xiang)變(bian)而導致的(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)性能(包括(kuo)耐蝕性、力學性能等)的(de)(de)下(xia)降;Cr+Mo量(liang)應≤35%,以(yi)防止鋼(gang)的(de)(de)組織(zhi)熱穩定性下(xia)降,金屬(shu)間相(xiang)沉淀而引發的(de)(de)塑、韌(ren)性,熱加工性和焊(han)接性以(yi)及耐蝕性的(de)(de)劣化;畫出了氮(dan)的(de)(de)固溶度極(ji)限,提醒(xing)人們注(zhu)意雖(sui)然氮(dan)是(shi)有益元素(su),但鋼(gang)中(zhong)加入大量(liang)的(de)(de)氮(dan),氮(dan)化物析出也是(shi)有害的(de)(de),氮(dan)量(liang)若超(chao)過溶解度極(ji)限,鋼(gang)在凝固過程(cheng)中(zhong),氮(dan)會溢出而造成廢品。
32304為00Cr23Ni4;31803和(he)32205均為00Cr23Ni5Mo3N特超級雙相鋼3207HD, Cr+Mo量均已(yi)達36%,氮量上限已(yi)達0.6%