α+γ鉻鎳雙相(xiang)不(bu)銹鋼(以下簡稱雙相不(bu)銹鋼)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(bu)(bu)銹鋼在不(bu)(bu)同時(shi)期大致年代的發展概況和(he)一些(xie)主要牌號(hao)。
1971年以前(qian),所開發的(de)牌(pai)號屬于第(di)一(yi)(yi)代雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼,其(qi)中(zhong)包(bao)括20世(shi)紀30年代的(de)第(di)一(yi)(yi)個雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第(di)一(yi)(yi)代雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)含氮量處于電弧爐冶煉(lian)的(de)常(chang)規水(shui)平。雖然第(di)一(yi)(yi)代雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼已將雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)性能特點充分顯(xian)(xian)示(shi)了(le)出來,但由于鋼的(de)耐點蝕當量PRE值(zhi)較低,各牌(pai)號間的(de)固(gu)溶態相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)差(cha)別也較大(da),而且尚(shang)難以準確控(kong)制,特別是(shi)焊后,熔合線(xian)和焊縫熱影響區常(chang)常(chang)呈(cheng)現的(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)鐵素(su)體組織(zhi),導(dao)致焊接接頭處雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼優良特性顯(xian)(xian)著下(xia)降(jiang),甚(shen)至(zhi)完(wan)全(quan)喪(sang)失,嚴重(zhong)阻礙了(le)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼在焊接用(yong)途的(de)應(ying)用(yong)和發展。
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(su)體不銹鋼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。
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(chao)級雙相不銹鋼(常以SD代表)。
進(jin)入(ru)2000年以(yi)(yi)來(lai)(lai),雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)發(fa)展(zhan)呈現兩種趨(qu)勢(shi)。一方面進(jin)一步(bu)提高(gao)鋼(gang)(gang)中(zhong)合金元素(su)含(han)量以(yi)(yi)獲得更(geng)高(gao)強度和(he)(he)更(geng)加優良的(de)(de)耐蝕性(xing),如瑞典(dian)Sandvik公(gong)司新開(kai)發(fa)的(de)(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值大于45%,稱(cheng)特超級雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(常(chang)以(yi)(yi)HD表(biao)示)。另(ling)一方面轉向(xiang)開(kai)發(fa)低(di)鎳量且不(bu)含(han)鉬(mu)(mu)或僅含(han)少量鉬(mu)(mu)的(de)(de)經濟型雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),以(yi)(yi)降低(di)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)成本和(he)(he)售(shou)價,并顯(xian)著改善雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱(re)加工(gong)性(xing)和(he)(he)焊接(jie)性(xing),從(cong)而增加雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)與其他類型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)競爭優勢(shi)。目前列入(ru)經濟型雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)有20世紀80年代(dai)開(kai)發(fa)的(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年以(yi)(yi)來(lai)(lai)問世的(de)(de)20%~21%Cr型的(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和(he)(he)LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型的(de)(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以(yi)(yi)及(ji)含(han)1.5%Mo的(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一些(xie)腐蝕環境(jing)中(zhong),含(han)20%~22%Cr、含(han)1.5%Ni的(de)(de)幾種牌(pai)號可代(dai)替(ti)304、304L;SAF 2304可代(dai)替(ti)304、304L,甚至316和(he)(he)316L;含(han)1.5%Mo的(de)(de)AL 2003則可代(dai)316、316L和(he)(he)SAF 2205。
從第二代(dai)和第三代(dai)以(yi)及第四(si)代(dai)雙相不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)問世(shi)和發(fa)展過程中(zhong),可以(yi)觀察(cha)到用(yong)提高鋼(gang)中(zhong)鉻量并加氮(dan)相結合(he)合(he)金化以(yi)節約鉻鎳奧(ao)氏體中(zhong)的(de)(de)(de)貴(gui)重元素(su)鎳、鉬的(de)(de)(de)思(si)路。這種思(si)路充分利用(yong)了鉻、氮(dan)的(de)(de)(de)特性(xing)和鋼(gang)中(zhong)鉻與氮(dan)共存(cun)的(de)(de)(de)優勢。
圖6.1(b)指(zhi)出(chu)了幾代雙相不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)演變過(guo)程(cheng)。圖6.1(b)中(zhong)指(zhi)出(chu):雙相不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)Cr+Mo量(liang)應≥21%,以(yi)防止冷成(cheng)型(xing)引(yin)發馬氏體相變而導致(zhi)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)性能(包括耐蝕性、力學性能等)的(de)(de)(de)下(xia)降(jiang);Cr+Mo量(liang)應≤35%,以(yi)防止鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)織熱穩定性下(xia)降(jiang),金(jin)屬間相沉淀而引(yin)發的(de)(de)(de)塑、韌性,熱加工性和焊接性以(yi)及耐蝕性的(de)(de)(de)劣化;畫出(chu)了氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)固(gu)(gu)溶度極(ji)限,提(ti)醒人們注意雖然氮(dan)(dan)是有益元素(su),但鋼(gang)(gang)中(zhong)加入大量(liang)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan),氮(dan)(dan)化物析出(chu)也(ye)是有害的(de)(de)(de),氮(dan)(dan)量(liang)若(ruo)超(chao)過(guo)溶解度極(ji)限,鋼(gang)(gang)在凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong),氮(dan)(dan)會溢出(chu)而造成(cheng)廢品。
32304為00Cr23Ni4;31803和32205均(jun)(jun)為00Cr23Ni5Mo3N特超(chao)級雙相鋼3207HD, Cr+Mo量均(jun)(jun)已達(da)36%,氮量上限(xian)已達(da)0.6%