雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel,DSS),指鐵素體與奧氏體各約占50%,一般較少相的含量最少也需要達到30%的不銹鋼。雙相不銹(xiu)鋼(gang)從20世紀40年代在美國誕生以來,已經發展到第三代。它的主要特點是:屈服強度可達400~550MPa,是普通不銹鋼的2倍,因此可以節約用材,降低設備制造成本。在抗腐蝕方面,特別是介質環境比較惡劣(如海水,氯離子含量較高)的條件下,雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼,可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。
雙相不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)C含量(liang)(liang)較低(di)的情況下,Cr含量(liang)(liang)在(zai)(zai)(zai)18%~28%,Ni含量(liang)(liang)在(zai)(zai)(zai)3%~10%。有些鋼(gang)(gang)還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合(he)金元素。該類(lei)鋼(gang)(gang)兼有奧(ao)氏(shi)體和(he)鐵素體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的特(te)(te)點(dian),與鐵素體相比(bi),塑(su)性(xing)(xing)、韌(ren)性(xing)(xing)更高,無室溫脆性(xing)(xing),耐晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)焊接性(xing)(xing)能(neng)(neng)均(jun)顯著提高,同時還保持(chi)有鐵素體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的475℃脆性(xing)(xing)以及熱導率高,具有超塑(su)性(xing)(xing)等特(te)(te)點(dian)。與奧(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)相比(bi),強度高且耐晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)和(he)耐氯化物應力腐(fu)(fu)蝕(shi)有明(ming)顯提高。雙相不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)具有優良(liang)的耐孔蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng),也是一種(zhong)節(jie)鎳不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)。
奧氏(shi)體(ti)+鐵素體(ti)(雙相)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)是指基體(ti)兼有奧氏(shi)體(ti)和鐵素體(ti)兩(liang)相組織并兼備兩(liang)者的特征(zheng),一般它比奧氏(shi)體(ti)系列不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)強度高,耐腐蝕性能也更優越(yue)。但是由于(yu)高溫而脆化,所以一般要求在大約(yue)300℃以下用。在常溫下顯示出磁性,可通過冷加工使其強化的不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。
成分中高Cr高N,常溫下具有奧氏體和鐵素體混合相,代表鋼種是 022Cr23Ni4MoCuN(2304)、022Cr23Ni5Mo3N(2205)、022Cr25Ni7Mo4N(2507)。
主要特點是:在高溫下基本為(wei)鐵素體(ti)組織(zhi)(zhi),在冷(leng)卻至室溫時具有30%~50%鐵素體(ti)+奧氏體(ti)雙(shuang)相組織(zhi)(zhi)。屈服(fu)強(qiang)度高、超強(qiang)的耐點蝕、耐應力腐蝕能力,易(yi)于成(cheng)形(xing)和焊(han)接。
由于(yu)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)具有兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)織的特(te)點,通(tong)過正(zheng)確控制化學(xue)成分和(he)熱處理工藝,使(shi)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)兼有鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的優點。它將奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)所(suo)具有的優良韌性(xing)和(he)焊接性(xing)與鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)所(suo)具有的較高強度和(he)耐氯(lv)化物應力腐蝕性(xing)能結合在一起,正(zheng)是這些優越的性(xing)能使(shi)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)作為(wei)可(ke)焊接的結構材料而迅(xun)速發展,20世紀80年代以(yi)來,雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)已成為(wei)和(he)馬氏(shi)體(ti)型(xing)、奧氏(shi)體(ti)型(xing)和(he)鐵(tie)素(su)體(ti)型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)并列的一個(ge)鋼(gang)(gang)類(lei)。
雙(shuang)相不銹鋼有(you)以下性能特點:
①. 含(han)鉬雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)低應(ying)力(li)下有良好的(de)耐氯化(hua)物(wu)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)。一般18-8型奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)60℃以上(shang)中性(xing)氯化(hua)物(wu)溶液中容易(yi)發生(sheng)應(ying)力(li)腐(fu)蝕斷(duan)裂,在(zai)微量氯化(hua)物(wu)及(ji)硫(liu)化(hua)氫工業介(jie)質中用這類不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制造的(de)熱交換器、蒸發器等(deng)設備都存在(zai)著(zhu)產生(sheng)應(ying)力(li)腐(fu)蝕斷(duan)裂的(de)傾向,而雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)卻有良好的(de)抵(di)抗能(neng)力(li)。
②. 含(han)鉬雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼有良好的耐孔(kong)蝕(shi)(shi)性能。在(zai)具有相(xiang)(xiang)同的孔(kong)蝕(shi)(shi)抗力當量值(PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N])時,雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼與奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的臨界(jie)孔(kong)蝕(shi)(shi)電位相(xiang)(xiang)仿(fang)。雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼與奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼耐孔(kong)蝕(shi)(shi)性能與AISI316L相(xiang)(xiang)當。含(han)25%Cr,尤其是(shi)含(han)氮的高鉻(ge)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的耐孔(kong)蝕(shi)(shi)和縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)性能超過了AISI 316L。
③. 具有良好的耐(nai)腐蝕疲勞(lao)和(he)磨損(sun)腐蝕性(xing)能。在某些腐蝕介質的條件下,適(shi)用于制作泵、閥等動力設備。
④. 綜(zong)合力學性(xing)能好。有較高(gao)的強度(du)和疲(pi)勞(lao)強度(du),屈(qu)服強度(du)是18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼的2倍。固(gu)溶態的延伸(shen)率達到(dao)25%,韌(ren)性(xing)值(zhi)Ak(V形(xing)槽口)在100J以(yi)上。
⑤. 可焊(han)性良好,熱(re)裂傾向(xiang)小,一般焊(han)前不需預熱(re),焊(han)后不需熱(re)處理,可與18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)或碳鋼(gang)等異種焊(han)接(jie)。
⑥. 含(han)低鉻(18%Cr)的雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼熱(re)加(jia)工溫度(du)范圍比(bi)18-8型(xing)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼寬,抗力小,可不(bu)經過(guo)鍛(duan)造(zao),直接軋制開坯生(sheng)產鋼板。含(han)高鉻(25%Cr)的雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼熱(re)加(jia)工比(bi)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼略顯困難,可以生(sheng)產板、管和絲等產品。
⑦. 冷(leng)加(jia)工(gong)時比(bi)18-8型奧氏體(ti)不銹鋼加(jia)工(gong)硬化效應大,在管、板承(cheng)受變形初期,需施加(jia)較大應力才能(neng)變形。
⑧. 與奧氏(shi)體不(bu)銹鋼相比(bi),熱(re)(re)(re)導率大,線膨(peng)脹系數小(xiao),適合用做設備的(de)襯里和(he)生產復合板。也適合制作(zuo)熱(re)(re)(re)交換器的(de)管(guan)芯,換熱(re)(re)(re)效率比(bi)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼高。
⑨. 仍有高(gao)(gao)鉻鐵素體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)各種(zhong)脆性傾向,不(bu)宜用在高(gao)(gao)于300℃的(de)(de)工作條(tiao)件(jian)。雙相不(bu)銹鋼(gang)中鉻含量(liang)愈低(di),σ等脆性相的(de)(de)危害性也愈小。
雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)具有良好(hao)的焊(han)接性能(neng),與鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)及奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)比,它既不像(xiang)鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)的焊(han)接熱(re)影(ying)響區(qu),由于晶粒(li)嚴重粗化而使塑韌性大(da)幅(fu)降低;也不像(xiang)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)那樣,對焊(han)接熱(re)裂紋比較敏感。
雙相不銹鋼由(you)于其特(te)殊的優點,廣(guang)泛應用(yong)于石油化工設備(bei)、海(hai)水與廢水處理設備(bei)、輸(shu)油輸(shu)氣管(guan)線、造紙機械等工業(ye)領域,近年來(lai)也(ye)被研究用(yong)于橋梁承重結(jie)構領域,具有很(hen)好(hao)的發展前(qian)景。
我國(guo)標準GB/T 20878-2007《不銹(xiu)鋼和耐熱鋼 牌(pai)號(hao)及(ji)化學成分(fen)》中加入(ru)了許多雙相不銹(xiu)鋼牌(pai)號(hao)。如 14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti。更(geng)多的(de)牌(pai)號(hao)詳見標準。
另外(wai),著(zhu)名的(de)(de)2205 雙相(xiang)(xiang)不銹鋼相(xiang)(xiang)當于我(wo)國(guo)的(de)(de)022Cr23Ni5Mo3N。
雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼可(ke)用于煉(lian)油、化肥(fei)、造(zao)紙(zhi)、石(shi)油、化工等領域中耐(nai)海水、耐(nai)高溫、耐(nai)濃(nong)硝酸(suan)等的(de)熱交(jiao)換器和冷淋器及器件(jian)。
雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)(DSS)的主(zhu)要代表牌(pai)號(hao)(hao)一般可分為四類(lei):低合(he)金(jin)(jin)型(xing)(xing),代表牌(pai)號(hao)(hao)022Cr23Ni4MoCuN(2304);中(zhong)合(he)金(jin)(jin)型(xing)(xing),代表牌(pai)號(hao)(hao)022Cr23Ni5Mo3N(2205);高合(he)金(jin)(jin)型(xing)(xing),代表牌(pai)號(hao)(hao)03Cr25Ni6Mo3Cu2N(225);超級雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)型(xing)(xing),標準(zhun)牌(pai)號(hao)(hao)022Cr25Ni7Mo4N(2507)。
低合金型 022Cr23Ni4MoCuN(2304)不含(han)鉬,在(zai)耐應(ying)力腐蝕(shi)方面可代替06Cr19Ni10(304)或06Cr17Ni12Mo2(316)使用(yong)。
中合金型(xing) 022Cr23Ni5Mo3N(2204)的耐蝕(shi)性能介于022Cr17Ni12Mo2(316L)和6%Mo+N奧氏體不(bu)銹鋼之間。
高(gao)合(he)金型(xing)一般含(han)25%Cr,還含(han)有鉬和(he)氮(dan),有的(de)還含(han)銅和(he)鎢,這類鋼的(de)耐蝕性能高(gao)于22%Cr的(de)雙相不銹鋼。
超級雙相不銹鋼型為含高鉬和氮,有的也含鎢和銅,也適用于苛刻的介質條件,具有良好的耐腐蝕與力學綜合性能,可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。