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。
由于两相组织的特点,通过正确控制化学成分和热处理工艺,使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐
氯化物应力腐蚀性能结合在一起,正是这些的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速,80年代以来已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列的一个钢类。
双相不锈钢有以下性能特点:
(1)含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60°C以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂,在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向,而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。
(2)含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值(PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%)时,双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含25%Cr的,尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L。
(3)具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下,适用于制作泵、阀等动力设备。
(4)综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度,屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%,韧性值AK(V型槽口)在100J以上。
(5)可焊性良好,热裂倾向小,一般焊前不需预热,焊后不需热处理,可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。
(6)含低铬(18%Cr)的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽,抗力小,可不经过锻造,直接轧制开坯生产钢板。含高铬(25%Cr)的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难,可以生产板、管和丝等产品。
(7)冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大,在管、板承受变形初期,需施加较大应力才能变形。
(8)与奥氏体不锈钢相比,导热系数大,线膨胀系数小,适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯,换热效率比奥氏体不锈钢高。
(9)仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向,不宜用在300°C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低,σ等脆性相的危害性也愈小。
双相不锈钢具有奥氏体和铁素体两相显微结构。
双相不锈钢的特性
01-高强度
双相不锈钢的强度大约是常规奥氏体或铁素体强度的2倍。
02-良好的韧性和延展性
尽管双相不锈钢强度高,但它们表现出良好的塑性和韧性。双相不锈钢的韧性和延展性明显优于铁素体不锈钢和碳钢,即使在很低的温度如-40℃/F下仍保持良好的韧性。
03-耐腐蚀性
不锈钢的耐腐蚀性主要取决于其化学成分。在大多数应用环境中,双相不锈钢都显示出较高的耐蚀性能,这是由于它们铬含量高,在氧化性酸中很有利,并且含有足够量的钼和镍,能耐中等还原性酸介质的腐蚀。
04-物理性能
介于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢之间,但更接近于铁素体不锈钢和碳钢。
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。
焊材要求
焊材包括:
①填充金属;
②保护气体和背面保护气体。分述如下,在焊态下使用的焊接结构,其焊缝金属与母材相比应是合金元素镍含量较高的。这是为了合适的铁素体和奥氏体的相比例。这一纯焊缝金属在焊态下,有这样的成分,即能在结晶后直接均匀地形成以奥氏体为主(30%~70%)的并含有铁素体的双相组织。当焊件可在1050~1100℃温度下退火时,应该选择与母材成分(Ni=55%~70%)相当的焊缝金属。在这种焊接工艺中,焊后占主要的铁素体基体转变形成了平衡的铁素体/奥氏体组织。焊接双相不锈钢和超级双相不锈钢的焊材均是配套设计的。手工焊用的涂药焊条既可以用钛型药皮焊条,也可以用碱性药皮焊条。碱性药皮的焊条对全位置的焊接更适宜一些,而铁型悍条工艺性优良,在几乎所有的实际应用中都可获得满意的效果。
双相不锈钢用的焊材,其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织,主要耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当,从而与母材相当的耐蚀性。为了焊缝中奥氏体的含量,通常是提高镍和氮的含量,也就是提高约2% ~ 4%的镍当量。在双相不锈钢母材中,一般都有一定量的氮含量,在焊材中也希望有一定的含氮量,但一般不宜太高,否则会产生气孔。这样镍含量较高就成了焊材与母材的一个主要区别。
双相不锈钢因为其金相显微组织由铁素体和奥氏体两种不锈钢晶粒组成,所以被称为“双相”。下图中,黄颜色的奥氏体相被蓝色的铁素体相所包围。当双相不锈钢熔化后,它从液态凝固时凝固成完全的铁素体结构,随着材料冷却到室温,大约有一半的铁素体晶粒转变为奥氏体晶粒。其结果是显微组织中大约50%为奥氏体相,50%为铁素体相。
使用双相不锈钢的好处是它的高强度(是传统奥氏体不锈钢的两倍)与高耐腐蚀性能相结合。因此,双相不锈钢蒸发器可用更薄的钢板制造,所需的材料和焊接较少。其它好处包括容易处理,对环境的综合影响较少。