“高性能不銹鋼”屬于不銹鋼家族，在各種腐蝕性介質中耐腐蝕性能明顯優于標準不銹鋼如304L不銹鋼(gang)（含18％鉻和8％鎳，18-8）和316L不銹鋼（鉻鎳含量與304不銹鋼類似，另外含2％鉬，18-10-2)。它們在氯化物介質中耐點蝕和應力腐蝕(shi)斷裂性能方面的優勢十分明顯。通過采用高含量的鉻、鎳、鉬和氮獲得足夠的耐腐蝕性，通過在生產過程中采用非常低的碳含量保持耐蝕性同時兼顧熱加工和焊接性能，達到了上述的特性。鋼鐵熔煉和精煉技術的出現，使較為經濟地生產很低碳含量鋼種和精確控制成分成為可能，由此實現了高性能不銹鋼的商品化。這些技術包括真空熔煉、電子束熔煉、電渣重熔以及當今大量生產最值得注意的真空氧脫碳（VOD）和氬氧脫(tuo)碳（AOD）技術。自20世紀70年代起，這些高性能不銹鋼在數量、技術和商業上的重要性不斷增加。本系列文章向那些對材料性能有較高要求（超過了標準不銹鋼性能范圍）以及想了解高性能不銹鋼的工程性能和腐蝕性能的人們介紹高性能不銹鋼。
高性(xing)(xing)(xing)能不銹鋼主要有三類(lei)：奧氏(shi)體、鐵素體和(he)(he)雙相（奧氏(shi)體—鐵素體）不銹鋼。三類(lei)不銹鋼有一(yi)(yi)般的(de)共(gong)性(xing)(xing)(xing)，也有各(ge)自不同(tong)的(de)耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)其它特(te)(te)性(xing)(xing)(xing)。因(yin)此，其目前和(he)(he)潛在的(de)應用非常廣泛，每(mei)一(yi)(yi)類(lei)鋼和(he)(he)每(mei)一(yi)(yi)種鋼都可(ke)以針對(dui)某一(yi)(yi)特(te)(te)定的(de)需(xu)要，提供最佳(jia)的(de)性(xing)(xing)(xing)能。
高鎳奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼一般用于(yu)強酸(suan)(suan)設(she)備(bei)和(he)(he)耐(nai)氯(lv)化物點(dian)蝕(shi)和(he)(he)應力(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂(lie)。帶有(you)(you)(you)酸(suan)(suan)冷(leng)凝液的(de)煙氣清洗裝置或(huo)含有(you)(you)(you)強氧化劑(ji)的(de)酸(suan)(suan)性(xing)溶(rong)液如紙張漂白工藝中常(chang)(chang)常(chang)(chang)選(xuan)用這種(zhong)鋼種(zhong)。當現場(chang)加工制作是重要(yao)考慮因(yin)素時，奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼比較有(you)(you)(you)利，因(yin)為它們易于(yu)焊接(jie)，這類(lei)鋼種(zhong)廣泛用于(yu)焊接(jie)質量(liang)極其(qi)重要(yao)的(de)海上石(shi)油和(he)(he)核電(dian)站管道。如果需要(yao)用薄板(ban)，則一般鐵素體(ti)鋼種(zhong)的(de)成本效(xiao)益(yi)(yi)最好(hao)，所(suo)以它們已(yi)用作多種(zhong)熱交(jiao)換器(qi)的(de)制管材料(liao)。在要(yao)求強度的(de)場(chang)合，通常(chang)(chang)選(xuan)雙相不銹(xiu)鋼，它們用于(yu)化學加工工業的(de)壓力(li)容器(qi)，在熱交(jiao)換器(qi)上的(de)應用也日益(yi)(yi)廣泛。所(suo)有(you)(you)(you)這三類(lei)高性(xing)能不銹(xiu)鋼具有(you)(you)(you)寬應用范(fan)圍的(de)抗氯(lv)化物點(dian)蝕(shi)和(he)(he)應力(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂(lie)性(xing)能都優于(yu)304和(he)(he)316不銹(xiu)鋼，因(yin)此制造加工方面的(de)考慮常(chang)(chang)常(chang)(chang)決定了氯(lv)化物設(she)施的(de)最終選(xuan)材。
與304和316不銹鋼(gang)相比，高(gao)性能(neng)不銹鋼(gang)在冶(ye)金學和加工方面(mian)(mian)的(de)(de)技術要求更嚴格(ge)。這是由(you)鋼(gang)本身的(de)(de)性質(zhi)和它們(men)應(ying)用的(de)(de)苛刻環境所決(jue)定(ding)的(de)(de)。要想成功地使用高(gao)性能(neng)不銹鋼(gang)，有必(bi)要透徹地了(le)(le)解它們(men)。本系列文(wen)章為(wei)在特定(ding)的(de)(de)應(ying)用中(zhong)選取(qu)最佳的(de)(de)材(cai)料(liao)提供了(le)(le)幫(bang)助，為(wei)所選鋼(gang)種(zhong)(zhong)的(de)(de)加工和應(ying)用提供了(le)(le)指南(nan)。由(you)于應(ying)用的(de)(de)錯(cuo)綜復雜和大量鋼(gang)種(zhong)(zhong)的(de)(de)出(chu)現，本系列文(wen)章僅僅作為(wei)一個初步的(de)(de)指南(nan)，讀者可以向材(cai)料(liao)制造商咨(zi)詢，全面(mian)(mian)了(le)(le)解每(mei)種(zhong)(zhong)材(cai)料(liao)的(de)(de)優(you)勢、局限(xian)性和具體(ti)要求。
1. 高性能奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼
高性能奧氏體(ti)不銹鋼與標準奧氏體不銹鋼有許多共同的特點。這些鋼種在退火狀態下主要是一個單相、面心立方體的奧氏體結構，沒有磁性。這種結構的特點在于其相對較低的屈服強度，較高的加工硬化率和較高的抗拉強度，良好的塑性和成形性，特別是良好的低溫韌性，熱處理不能使其硬化（或強化）。
與標(biao)準(zhun)奧氏體不銹鋼相比，除(chu)了耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)不同之外(wai)，另一(yi)個主要的(de)不同之處(chu)在于(yu)高(gao)性(xing)能鋼種(zhong)在高(gao)溫下迅速形(xing)成(cheng)(cheng)二次相，這(zhe)些(xie)相可能對某些(xie)力學性(xing)能和(he)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能有損(sun)害(hai)，因此，這(zhe)種(zhong)不銹鋼的(de)使(shi)用溫度(du)不應超過(guo)500℃。此外(wai)，高(gao)溫操作如鍛造(zao)和(he)焊接時應注(zhu)意(yi)避免這(zhe)些(xie)有害(hai)相的(de)形(xing)成(cheng)(cheng)。
表1列出(chu)了一些(xie)著名(ming)的鍛造高性(xing)能(neng)奧氏(shi)體不銹鋼，各鋼種(zhong)標出(chu)了其常用名(ming)稱、UNS牌號(hao)。許多鋼種(zhong)當初開發后都申請了專(zhuan)利，有些(xie)專(zhuan)利目前仍然有效。表中顯示(shi)的化(hua)學成分范圍與最常用的ASTM標準A 240一致，表中顯示(shi)的惟一含量值是生產廠商(shang)提供的“典型(xing)值”。
表1的(de)鋼種(zhong)按照鉬、鉻和氮含量增加或PRE值增加的(de)順序排列(lie)。
PRE值(zhi)指的(de)是耐(nai)點蝕當(dang)量(liang)數， 其定義為(wei)PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N，％為(wei)重量(liang)百分(fen)(fen)比。在氯化物介(jie)質中, 較(jiao)高(gao)的(de)PRE值(zhi)不(bu)完全定量(liang)地表示出較(jiao)高(gao)的(de)耐(nai)局部腐蝕能力。根(gen)據(ju)耐(nai)局部腐蝕能力的(de)相似程度，這些鋼(gang)種又被(bei)分(fen)(fen)成(cheng)6個分(fen)(fen)組，對這些分(fen)(fen)組的(de)描述如下：
①. A-1組奧氏體不(bu)銹鋼
這(zhe)一組的(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)主(zhu)要(yao)用于(yu)熱的(de)(de)高(gao)濃度硫(liu)酸(suan)溶(rong)液介質。所需的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性主(zhu)要(yao)通過較(jiao)高(gao)的(de)(de)鎳(nie)含(han)量獲得。鉻、鉬含(han)量與316不(bu)(bu)銹鋼(gang)相(xiang)當的(de)(de)20Cb-3和(he)(he)合金(jin)825在(zai)耐(nai)局部點蝕和(he)(he)縫隙腐(fu)蝕方面并不(bu)(bu)比316不(bu)(bu)銹鋼(gang)占優勢。隨著鎳(nie)含(han)量的(de)(de)增加(jia)，它們(men)耐(nai)氯(lv)化物應力(li)腐(fu)蝕斷裂的(de)(de)能力(li)逐(zhu)漸增加(jia)。它們(men)在(zai)要(yao)求良好的(de)(de)耐(nai)硫(liu)酸(suan)或應力(li)腐(fu)蝕斷裂性能的(de)(de)化工應用領域(yu)表(biao)現(xian)出色，這(zhe)方面的(de)(de)應用已有很長(chang)歷史。
②. A-2組奧氏體不銹鋼(gang)
與316L或317L相(xiang)比，這些鋼(gang)種(zhong)如317LMN，在鹵化物(wu)介(jie)質中的(de)耐局部(bu)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)有所提高(gao)，通過采(cai)用(yong)較高(gao)的(de)鉬含(han)量(liang)和氮(dan)含(han)量(liang)實現了(le)這一點。氮(dan)元素在改善耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)同時，還能(neng)夠(gou)使奧氏體穩定化，所以可以減(jian)少(shao)鎳的(de)用(yong)量(liang)，達到最經濟的(de)的(de)效(xiao)果。這些鋼(gang)種(zhong)的(de)性(xing)能(neng)比316L提高(gao)了(le)，而費用(yong)適中，廣(guang)泛用(yong)于在中等(deng)點蝕(shi)性(xing)介(jie)質條件下運行的(de)煙氣脫硫裝置（FGD）的(de)吸收塔。
③. A-3組奧氏體(ti)不銹鋼(gang)
這組不(bu)銹鋼(gang)如904L，鎳含量在10％以上，具有全面的、平衡的耐還(huan)原(yuan)性酸和氯化(hua)物應力(li)腐(fu)蝕斷(duan)裂性能。銅的添加(jia)(jia)，進一步增加(jia)(jia)了它們耐還(huan)原(yuan)性酸的能力(li)。
④. A-4組奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼
這(zhe)一(yi)組不銹鋼(gang)通(tong)常被稱為(wei)6％鉬不銹鋼(gang)，包括AL-6XN, 1925 hMo,25-6MO和(he)254 SMO等, 最初是為(wei)耐(nai)室溫下海水和(he)紙(zhi)漿(jiang)漂白(bai)設(she)備(bei)介質的(de)(de)局部腐蝕(shi)而設(she)計的(de)(de)。通(tong)過添加相(xiang)對較高含量的(de)(de)氮、鉻和(he)鉬，使其PRE值在40～43之間而達到以上要(yao)求。這(zhe)組鋼(gang)鎳含量高，有助于奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)穩定，因此(ci)也具有良好(hao)(hao)的(de)(de)耐(nai)一(yi)般酸腐蝕(shi)的(de)(de)能(neng)力和(he)良好(hao)(hao)的(de)(de)耐(nai)氯化(hua)物應力腐蝕(shi)斷裂的(de)(de)性(xing)能(neng)。該組鋼(gang)中含氮量高的(de)(de)鋼(gang)種比(bi)不含氮的(de)(de)鋼(gang)種具有明顯的(de)(de)強度優勢(shi)。這(zhe)類鋼(gang)廣泛用于海水管道和(he)海水熱交換器、紙(zhi)漿(jiang)漂白(bai)設(she)備(bei)以及各類化(hua)工廠和(he)電廠等。
⑤. A-5組奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼
這組鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)主要(yao)特點是高強度，例如4565S。它是通過含(han)量(liang)為(wei)0.25%～0.50％的(de)(de)(de)氮的(de)(de)(de)固溶強化作用實現的(de)(de)(de)。根據(ju)鉻、鉬和鎳含(han)量(liang)的(de)(de)(de)不同，它們的(de)(de)(de)腐蝕特性有很大(da)的(de)(de)(de)不同。鎳含(han)量(liang)較低（12%～18％）的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種，其(qi)耐氯化物應力(li)腐蝕斷裂的(de)(de)(de)性能相當于A-2組的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)。
⑥. A-6組奧氏體不銹鋼
這組不銹鋼(gang)，如(ru)654 SMO，代表(biao)了(le)目(mu)前所有高(gao)(gao)性(xing)能(neng)(neng)不銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)最(zui)高(gao)(gao)性(xing)能(neng)(neng)。它(ta)們將(jiang)高(gao)(gao)強度(du)和突出的(de)(de)(de)耐(nai)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)結合(he)在(zai)一起(qi)，同(tong)時(shi)具有良好的(de)(de)(de)耐(nai)應力腐蝕(shi)斷裂和耐(nai)酸腐蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)。它(ta)們能(neng)(neng)夠耐(nai)45％的(de)(de)(de)沸騰氯化鎂試驗溶液(ye)的(de)(de)(de)應力腐蝕(shi)斷裂，能(neng)(neng)夠在(zai)溫度(du)大大高(gao)(gao)于室溫、存(cun)在(zai)嚴重(zhong)縫(feng)(feng)隙的(de)(de)(de)條件下(xia)耐(nai)海水的(de)(de)(de)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)。它(ta)們耐(nai)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力接近于鎳(nie)基合(he)金的(de)(de)(de)最(zui)佳值，同(tong)時(shi)強度(du)要高(gao)(gao)得多。這些較(jiao)新的(de)(de)(de)鋼(gang)種對于解決墊(dian)片接縫(feng)(feng)、較(jiao)高(gao)(gao)溫度(du)下(xia)的(de)(de)(de)海水處理系統以及許多高(gao)(gao)壓下(xia)運行的(de)(de)(de)裝置發生的(de)(de)(de)縫(feng)(feng)隙腐蝕(shi)問題，具有突出的(de)(de)(de)潛力。
2. 高(gao)性能鐵素體不銹鋼
高性能鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)除了有少量穩定化的碳化物和氮化物外，具有完全的鐵素體顯微結構。這種鐵素體結構的獨特特性在于其很好的耐氯化物應力腐蝕斷裂性能，但是它的韌性有限。大斷面或晶粒效應以及脆性的二次相的析出會進一步降低其韌性。由于韌性有限，這些鋼種通常不生產成中厚板。開發這些鋼種，是為了以低于高鎳奧氏體合金的價格得到優于18－8不銹鋼的耐應力腐蝕斷裂和耐點蝕性能。它們一般只用于熱交換器管形材料或薄板，熱處理不會使它們硬化，但在退火狀態下，它們顯示出高于許多奧氏體不銹鋼的強度。表2按照耐氯化物點蝕性能增加的順序，列出了主要的鍛軋鐵素體鋼種。
①. F-1組(zu)鐵(tie)素(su)體不銹鋼
這類不銹(xiu)鋼，如E-BRITE 26－1，其(qi)耐(nai)局(ju)部腐蝕能力(li)與316不銹(xiu)鋼相(xiang)似，但耐(nai)應力(li)腐蝕斷(duan)裂的(de)能力(li)大大優于后者。這種良好的(de)應力(li)腐蝕斷(duan)裂性能使其(qi)可用于熱的(de)濃(nong)縮堿溶(rong)(rong)液和含氯化(hua)物的(de)溶(rong)(rong)液。
②. F-2組(zu)鐵(tie)素體不銹鋼
這一組不銹鋼(gang)，包(bao)括SEA-CURE，為耐(nai)常(chang)溫海水(shui)的(de)局(ju)部腐蝕(shi)而設計(ji)，廣泛用于電廠的(de)海水(shui)冷(leng)卻冷(leng)凝器。由(you)于它們鉻(ge)含量高，鉬和(he)鎳(nie)含量適中(zhong)，對強有(you)(you)機酸和(he)氧化性的(de)或中(zhong)等還原(yuan)性的(de)無(wu)機酸也有(you)(you)很好的(de)耐(nai)蝕(shi)性。但(dan)是這些鋼(gang)種(zhong)中(zhong)的(de)鎳(nie)降低(di)了耐(nai)氯化物應(ying)力腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂的(de)性能(neng)，增加(jia)了對形(xing)成有(you)(you)害的(de)二次相的(de)敏感性。所(suo)有(you)(you)的(de)這些鐵素體不銹鋼(gang)在氯化鈉(na)試(shi)驗(yan)溶液(ye)中(zhong)，都能(neng)夠耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂，但(dan)由(you)于其鎳(nie)含量為0.5%-4.2%，可能(neng)無(wu)法(fa)耐(nai)氯化鎂試(shi)驗(yan)溶液(ye)的(de)應(ying)力腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂。
③. F-3組鐵素體不銹(xiu)鋼
如同(tong)A-6組的(de)(de)(de)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)，這一組中(zhong)的(de)(de)(de)AL 29-4-2，是為了(le)達(da)到鐵(tie)素(su)體不銹鋼(gang)綜合(he)性能的(de)(de)(de)最(zui)高水平而設(she)計，它兼具良好的(de)(de)(de)耐局部(bu)腐蝕和耐酸腐蝕性能。
3. 高性(xing)能雙相不銹鋼
雙相不(bu)銹鋼鋼種從冶金學的角度被設計成退火狀態下的顯微結構包含大致相同比例的奧氏體和鐵素體，通過將鎳限制在適度的低含量、增大鉻的含量至22%～26％而達到這一點。鉬含量保持與317L不銹鋼大致相同。所以，PRE值若高于30，主要是因為鉻和氮含量較高引起的。雙相結構表現出兩相各自占優勢的特性。最重要的是，這些鋼種具有非常高的強度和可使用的塑性和韌性。因為它們的鎳含量不是很高，所以它們以適度的價格將強度、耐均勻腐蝕和耐應力腐蝕斷裂性能很好地結合在一起。和奧氏體類不銹鋼類似，熱處理不會使這些雙相鋼種硬化。雙相不銹鋼的加工要注意避免二次相的損害及維持奧氏體相和鐵素體相大致等量的平衡。在這方面，它們比奧氏體不銹鋼要求更嚴格。表3列出了主要的鍛軋高性能雙相不銹鋼。
①. D-1組雙相不銹鋼
此組(zu)只有一個鋼(gang)種即(ji)2304。盡管2304的(de)(de)(de)耐腐(fu)蝕性能并不比標準的(de)(de)(de)奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)更(geng)(geng)(geng)好，但仍(reng)然把(ba)它算作高性能不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，因(yin)為正如所(suo)有的(de)(de)(de)第二代雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)一樣，低碳(tan)高氮的(de)(de)(de)2304比早期(qi)的(de)(de)(de)雙相(xiang)鋼(gang)種更(geng)(geng)(geng)好地(di)兼顧了(le)加工性能和(he)腐(fu)蝕特性。它易于焊接(jie)，與316L或317L相(xiang)比，它強(qiang)度更(geng)(geng)(geng)高，耐應力腐(fu)蝕斷裂性能更(geng)(geng)(geng)好。
②. D-2組雙相不銹鋼
這一組的(de)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼，特別是2205，是雙相不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)最(zui)有(you)用的(de)鋼種(zhong)(zhong)，因為它兼具腐蝕特性(xing)(xing)、加工(gong)和價格方面的(de)優勢(shi)。它們(men)在加工(gong)和耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)方面具有(you)多(duo)種(zhong)(zhong)適應性(xing)(xing)，耐(nai)應力(li)腐蝕斷裂性(xing)(xing)能優于316不銹(xiu)(xiu)鋼。
③. D-3組雙相(xiang)不銹(xiu)鋼
這(zhe)(zhe)些25Cr的雙相不銹鋼，如Ferralium255，比D-2附類的鋼種鉻含(han)(han)量(liang)高，因(yin)而耐(nai)局部腐(fu)(fu)蝕能力(li)更強(qiang)。但(dan)一般(ban)認為它不能耐(nai)受(shou)苛刻環境下(xia)的海(hai)水(shui)腐(fu)(fu)蝕。鉻能夠很好地(di)耐(nai)氧化(hua)性(xing)酸腐(fu)(fu)蝕，這(zhe)(zhe)組(zu)鋼需(xu)要較高含(han)(han)量(liang)的鎳來平衡較高含(han)(han)量(liang)的鉻，這(zhe)(zhe)樣耐(nai)還原性(xing)酸腐(fu)(fu)蝕的能力(li)也得到改善(shan)。鉻含(han)(han)量(liang)高的缺點是(shi)加速了有害相的析出動力(li)學，因(yin)此(ci)，涉及熱處理的加工需(xu)要精(jing)確地(di)控制(zhi)(zhi)溫度條件。在某些情況下(xia)，快速析出動力(li)學可能會限(xian)制(zhi)(zhi)有效斷面尺寸。
④. D-4組雙相不(bu)銹(xiu)鋼
這一組(zu)(zu)(zu)的(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)是雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)合金(jin)化程度(du)(du)最高(gao)的(de)一組(zu)(zu)(zu)，高(gao)含量的(de)鉻、鉬(mu)、鎳和氮產生的(de)耐(nai)腐蝕性(xing)是所有雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)最好的(de)，并且強度(du)(du)比任何高(gao)性(xing)能(neng)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)強度(du)(du)更高(gao)。因為(wei)這個(ge)原因，有時將這組(zu)(zu)(zu)鋼(gang)(gang)稱為(wei)超(chao)雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。它(ta)們在常溫海水介質中(zhong)耐(nai)點(dian)蝕和縫隙腐蝕的(de)能(neng)力與(yu)A-4組(zu)(zu)(zu)的(de)6％鉬(mu)奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)似，屈服(fu)強度(du)(du)超(chao)過550MPa。但是由于(yu)它(ta)們的(de)高(gao)合金(jin)含量，它(ta)們在熱加工工藝方面的(de)限(xian)制甚至比D-3組(zu)(zu)(zu)的(de)鋼(gang)(gang)種更嚴(yan)格(ge)。
