α+γ鉻鎳雙相(xiang)不銹鋼(以下簡稱雙相不銹鋼(gang))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列出了雙相不銹鋼在不同(tong)時期(qi)大致年代的發(fa)展概況和一些主要牌號。


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   1971年以前,所開發的(de)牌號屬于(yu)(yu)第一(yi)代雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,其中(zhong)包括(kuo)20世紀30年代的(de)第一(yi)個雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第一(yi)代雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)含氮量處于(yu)(yu)電弧爐冶煉的(de)常規(gui)水平(ping)。雖(sui)然第一(yi)代雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼已(yi)將(jiang)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)性能特點充分顯示了出來,但(dan)由于(yu)(yu)鋼的(de)耐點蝕當(dang)量PRE值較低,各(ge)牌號間的(de)固溶態相(xiang)比(bi)例差別也較大,而且尚難以準確控制,特別是焊后,熔合(he)線和(he)焊縫熱影響區常常呈現的(de)單相(xiang)鐵(tie)素體組織,導致焊接接頭(tou)處雙(shuang)相(xiang)鋼優良(liang)特性顯著下(xia)降,甚(shen)至完全(quan)喪失,嚴重阻礙了雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼在(zai)焊接用(yong)途的(de)應用(yong)和(he)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不銹鋼(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。


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   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,目前又稱之為超級雙相(xiang)不銹鋼(常以SD代表)。


   進(jin)入2000年(nian)以(yi)(yi)來(lai),雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)發(fa)展呈現兩種趨勢。一方面(mian)進(jin)一步提高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中合金元素含(han)量以(yi)(yi)獲得更高強度和(he)(he)更加(jia)優(you)良的(de)(de)(de)耐蝕性,如瑞(rui)典Sandvik公司新開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值大于45%,稱(cheng)特超級雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(常以(yi)(yi)HD表示)。另一方面(mian)轉向開(kai)發(fa)低鎳(nie)量且不(bu)(bu)含(han)鉬或僅(jin)含(han)少(shao)量鉬的(de)(de)(de)經(jing)濟(ji)型雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),以(yi)(yi)降(jiang)低雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)成本和(he)(he)售價,并顯(xian)著改善雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱加(jia)工性和(he)(he)焊(han)接性,從(cong)而增加(jia)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與其他(ta)類型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)競爭優(you)勢。目前列入經(jing)濟(ji)型雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)有(you)20世紀80年(nian)代開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年(nian)以(yi)(yi)來(lai)問世的(de)(de)(de)20%~21%Cr型的(de)(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和(he)(he)LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型的(de)(de)(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以(yi)(yi)及含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一些腐蝕環境中,含(han)20%~22%Cr、含(han)1.5%Ni的(de)(de)(de)幾種牌(pai)號可(ke)(ke)代替304、304L;SAF 2304可(ke)(ke)代替304、304L,甚至(zhi)316和(he)(he)316L;含(han)1.5%Mo的(de)(de)(de)AL 2003則可(ke)(ke)代316、316L和(he)(he)SAF 2205。


   從第二代(dai)和第三代(dai)以(yi)及(ji)第四代(dai)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼的問世和發展(zhan)過程(cheng)中,可(ke)以(yi)觀察到用(yong)提高鋼中鉻(ge)量并加(jia)氮相(xiang)結合合金(jin)化以(yi)節(jie)約鉻(ge)鎳奧氏體中的貴重元(yuan)素鎳、鉬的思路。這種思路充(chong)分(fen)利用(yong)了鉻(ge)、氮的特性(xing)和鋼中鉻(ge)與氮共存的優勢(shi)。


   圖6.1(b)指(zhi)出(chu)了(le)幾代雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼的演變過程。圖6.1(b)中指(zhi)出(chu):雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼中的Cr+Mo量應≥21%,以(yi)防止(zhi)冷成(cheng)型引發馬氏體(ti)相(xiang)(xiang)變而(er)導致的鋼的性(xing)能(neng)(包括耐蝕(shi)性(xing)、力學性(xing)能(neng)等)的下降;Cr+Mo量應≤35%,以(yi)防止(zhi)鋼的組織熱穩定性(xing)下降,金屬間相(xiang)(xiang)沉淀(dian)而(er)引發的塑、韌(ren)性(xing),熱加工性(xing)和焊(han)接性(xing)以(yi)及耐蝕(shi)性(xing)的劣化(hua);畫出(chu)了(le)氮(dan)的固溶度極(ji)限(xian),提醒人們注意雖然氮(dan)是有(you)益元素,但(dan)鋼中加入(ru)大量的氮(dan),氮(dan)化(hua)物析出(chu)也是有(you)害的,氮(dan)量若超過溶解度極(ji)限(xian),鋼在凝固過程中,氮(dan)會(hui)溢出(chu)而(er)造成(cheng)廢品。


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  32304為00Cr23Ni4;31803和32205均為00Cr23Ni5Mo3N特超(chao)級雙相(xiang)鋼(gang)3207HD, Cr+Mo量均已(yi)達(da)36%,氮量上限已(yi)達(da)0.6%






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