新研究:
新的研究进展在双相不锈钢领域主要集中在性能提升、焊接技术、腐蚀行为研究以及新材料的开发等方面。以下是一些具体的研究成果和进展:
性能提升:上海交通大学王晓东教授团队在双相不锈钢的性能提升及机制方面取得了重要进展。他们通过调控冷轧和再结晶工艺,获得了由细晶奥氏体和双峰晶粒分布的铁素体组成的高氮双相不锈钢。这种材料在抑制TRIP效应的同时,通过提高两相位错增殖和存储能力实现了强度和塑性的结合,屈服强度显著提高,总延伸率保持在高水平。这一研究成果发表在《Acta Materialia》上。
焊接性能及接头耐腐蚀性能:有研究关注了双相不锈钢焊接性能及接头耐腐蚀性能的研究现状,探讨了焊接工艺参数对双相不锈钢焊接接头组织和性能的影响,以及不同焊接方法对耐腐蚀性能的影响。
选择性腐蚀行为:研究了022Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢的选择性腐蚀行为与两相组织的关系,发现双相不锈钢的选择性腐蚀倾向与溶液环境及电位相关,且与材料成分有关。通过控制化学成分和热处理工艺,可以改善双相不锈钢的选择性腐蚀行为。
梯度纳米双相结构:长春工业大学与河海大学相关团队合作,提出了构筑梯度纳米双相异质结构的策略,以改善双相不锈钢的强塑性。通过超声表面深滚压组合低温短时退火的制备方法,实现了梯度纳米双相异质结构,显著提高了双相不锈钢的屈服强度和延伸率。该研究成果发表在《Journal of Materials Science & Technology》上。
中国双相不锈钢的发展及研究进展:中国双相不锈钢的研发与国际同步,注重工艺改进和技术进步,在组织控制及性能提升、热塑性和析出相等多方面的研究及进步。特别是在双相不锈钢组织及性能平衡调控、低温冲击韧性研究及提升性能方面的进展,将有力支撑中国双相不锈钢产量的增长及应用的拓展。
市场分析报告:《2024-2030年中国双相不锈钢行业研究与战略咨询报告》提供了对中国双相不锈钢行业市场发展环境、整体运行态势的分析,以及市场竞争格局和企业经营状况的深入研究。
双相不锈钢的分类
双相不锈钢(Duplex Stainless Steel,简称DSS),指铁素体与奥氏体各约占50%,一般较少相的含量少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。
历史发展
双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来,已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa,是普通不锈钢的2倍,因此可以节约用材,降低设备制造成本。在抗腐蚀方面,特别是介质环境比较恶劣(如海水,氯离子含量较高)的条件下,双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢,可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。
焊接特性
双相不锈钢具有良好的焊接性能,与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比,它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区,由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低,也不像奥氏体不锈钢那样,对焊接热裂纹比较敏感。双相不锈钢由于其特殊的优点,广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域,近些年来也被研究用于桥梁承重结构领域,具有很好的发展前景。节约型双相钢"经常会出现的焊接性能问题。而焊接标准双相钢并不是一个问题,而且不论采用何种工艺,都有适合这些应用的焊材。从金相的角度来看,焊接2101(1.4162)根本就没有问题,实际上它甚至要比标准级的双相钢更加容易焊接,因为这种材料事实上可以采用乙炔焊工艺来进行焊接,而对于标准双相钢材料而言,始终避免使用这种工艺。焊接2101所面临的实际问题是熔池的粘度不同,因此可湿性差了一点。这迫使操作人员在焊接的过程中更加多地使用电弧焊,而这正是问题的所在。尽管可以通过选择超合金化焊材加以弥补,但是我们经常希望选择匹配的焊材。2101节镍双相不锈钢典型显微组织在2101中,也存在低温热影响区和高温热影响区中的显微结构之间的热影响区相互作用,比2304、2205或2507更加有利。在以2101进行试验时,也已经发现由于镍含量较低,因此产生了含有较多氮与锰的不同类型的"回火色",而这影响了腐蚀性能。在电弧和熔池中发生的这一成分损失是由于氮与锰的蒸发与熔敷,这对于双相钢等级的材料来说是一个新问题,因此在这次讲课中将作了较多描述
工艺提升
1)合金元素和冷却速度实验和理论计算表明:临界区加热后获得双相组织所需的临界冷却速率与钢中锰含量具有一定关系。其根钢中存在的合金元素,就可估算获得双相组织所需要的临界冷却速率,为热处理双相钢生产时,选择适当的冷却方法提供依据。当钢的化学成分一定时,应在获得双相组织的前提下,尽可能采用较低的冷却速度,使铁素体中的碳有充分的时间扩散到奥氏体中,从而降低双相钢的屈服强度,提高双相钢的延性。如果钢中合金元素含量较4,临界冷却速度过高,冷却后铁素体中含有较高的固溶碳,不利于获得优良性能的双相钢,这时应改变钢的化学成分,增加钢中的合金元素含量,从而降低临界冷却速度,或者在双相钢的生产工艺中,加入补充回火工序,降低铁素体中的固溶碳,改善双相钢的性能。如果钢中含有强的碳化物形成元素,当估算临界冷却速率时,应考虑到这些元素对临界区加热时所形的奥氏体淬透性和有利影响,V和Ti的碳化物粒子可以通过相界面的钉扎作用提高奥氏体的淬透性,降低临界冷却速度.
2)两阶段冷却工艺当钢中合金元素含量较低时,冷却速度较慢会得到铁素体加珠光体组织;冷却速度较快时,则铁素体中保留固溶碳较高,不利于降低屈服强度和提高延性。采用两阶段冷却可以改善双相钢的性能,即从临界区加热温度缓冷到某一温度,然后快冷。缓冷可以使铁素体中的碳向未转变的奥氏体富聚。而快冷则可以避免未转变的奥氏体等温分解,获得所需的双相组织和性能。例如0.08%C-1.4%Mn钢,从800℃;加热到水冷的力学性能为:σ0.2=365PMa,σb=700MPa,σ0.2/σb=0.52,eu=18%,et=21%。如采用两阶段冷却工艺,即在800℃;加热后,空冷到600℃;,然后水冷,其性能为:σ0.2=280MPa,σb=600MPa,σ0.2/σb=0.47,eu=21%,et=29%。两阶段冷却使双相钢的屈服强度降低,延性提高。
3)双相钢板热轧后盘卷温度的影响对于一个给定成分的钢,临界区加热时奥氏体的淬透性可以通过钢板热轧后高温卷来修正。高温盘卷可使碳、锰等合金元素在第二组(珠光体或贝氏体)中明显富集。有利提高随后临界区处理时双相钢的综合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N钢的试验结果为例,采用两种工艺过程:一种为普通扎制工艺,终轧温度900℃;→油冷到600℃;盘卷→吹风冷到室温→冷轧70%→连续退火。两种盘卷工艺的碳和锰分布的分析结果可见高温盘卷可使碳和锰在第二相中明显富集,而普通的轧制工艺锰基本无富集趋势。用高温盘卷以修正合金含量较低的钢在随后临界区处理时的淬透性,并降低热处理双相钢的屈服强度,提高其延性的技术,已在有关工厂用于热处理双相钢的生产,所得到的热处理双相钢板综合性能良好,板材各部位的性能均匀,纵向、横向性能一致。例如对0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al钢。
经过几十年的研制和开发,双相不锈钢因其的耐点蚀性能和力学性能越来越多地代替304L、316L不锈钢应用于石油化工、造纸、能源以及油、气等工业领域中。通常来说,除了在极端介质环境中(如304不锈钢处于煮沸的硝酸溶液中)不锈钢会发生全面腐蚀,不锈钢的腐蚀类型都为局部腐蚀。双相不锈钢在含氯介质中发生的腐蚀类型为局部腐蚀,常见也是多的是点蚀。
局部腐蚀是金属与环境接触的表面上发生的破坏,这种破坏局限发生于金属材料表面的特点局部位置,常以点、坑、裂纹、沟槽等形式出现。钝态金属材料常见的腐蚀类型有点蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。由于局部腐蚀难以预测和预防,往往在没有先兆的情况下发生金属或设备的突然破坏,因此容易造成事故、环境污染甚至人身伤亡的重大问题。各类腐蚀失效事故事例的调查结果表明,局部腐蚀破坏约占80%.另外,双相不锈钢由于其铁素体相和奥氏体相的合金成分存在差异,其在介质中的稳定性也不尽相同,因此双相不锈钢在一定介质环境中还会发生选择性腐蚀。