α+γ鉻鎳雙相不(bu)銹(xiu)鋼(以下簡稱雙相不(bu)銹(xiu)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列出了雙相不銹鋼在不同時期(qi)大致(zhi)年代的發展(zhan)概況和(he)一些主要牌號。

1971年以前,所開發(fa)(fa)的牌號屬于第一(yi)代(dai)(dai)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang),其中(zhong)包括20世紀30年代(dai)(dai)的第一(yi)個雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第一(yi)代(dai)(dai)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的含氮(dan)量處于電(dian)弧爐(lu)冶煉的常規水平(ping)。雖然第一(yi)代(dai)(dai)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)已將雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的性(xing)能特點(dian)充分顯(xian)示了出來,但由于鋼(gang)的耐點(dian)蝕當量PRE值較(jiao)低,各(ge)牌號間的固溶態相(xiang)比例(li)差別也(ye)較(jiao)大,而且尚難以準確(que)控(kong)制,特別是焊后,熔合線和(he)焊縫熱影響區(qu)常常呈現(xian)的單相(xiang)鐵素(su)體(ti)組織,導致焊接接頭處雙相(xiang)鋼(gang)優(you)良特性(xing)顯(xian)著下降,甚至完全喪(sang)失,嚴(yan)重(zhong)阻礙了雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)焊接用途的應用和(he)發(fa)(fa)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(tie)素(su)體不(bu)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,目前又稱之為超級雙(shuang)相不銹鋼(常以SD代表)。
進入2000年(nian)(nian)以來(lai),雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展呈現(xian)兩種趨(qu)勢(shi)。一(yi)方面進一(yi)步提高(gao)鋼(gang)中合(he)金(jin)元素(su)含量(liang)(liang)以獲得更(geng)(geng)高(gao)強度和更(geng)(geng)加優良的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)性,如瑞(rui)典Sandvik公司新開發(fa)的(de)(de)(de)(de)SAF 2707和SAF 3207。PRE值大于45%,稱特超(chao)級雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(常以HD表(biao)示(shi))。另一(yi)方面轉(zhuan)向(xiang)開發(fa)低鎳(nie)量(liang)(liang)且不(bu)(bu)含鉬或僅含少量(liang)(liang)鉬的(de)(de)(de)(de)經濟型(xing)(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),以降低雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本和售價,并顯著改善雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)熱加工性和焊(han)接性,從而增加雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)與其(qi)他類型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)競爭優勢(shi)。目前列入經濟型(xing)(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)有(you)20世紀80年(nian)(nian)代開發(fa)的(de)(de)(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和2000年(nian)(nian)以來(lai)問(wen)世的(de)(de)(de)(de)20%~21%Cr型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)AN19D(00Cr20Mn5Ni2N)和LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)、ATI 2102(00Cr21Mn2.5Ni1.5N),22%Cr型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de) ATI 2201 (00Cr22Ni1.5N)、UR 2202 (00Cr22Ni2N)、LDX 2404 (00Cr24Ni4Mn3Mo1.5N)以及含1.5%Mo的(de)(de)(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一(yi)些腐(fu)蝕(shi)環境(jing)中,含20%~22%Cr、含1.5%Ni的(de)(de)(de)(de)幾種牌號可代替304、304L;SAF 2304可代替304、304L,甚至316和316L;含1.5%Mo的(de)(de)(de)(de)AL 2003則可代316、316L和SAF 2205。
從第(di)二代和第(di)三(san)代以(yi)及(ji)第(di)四(si)代雙相不銹鋼(gang)的(de)問世和發展過程(cheng)中(zhong),可(ke)以(yi)觀察(cha)到用(yong)提高鋼(gang)中(zhong)鉻(ge)量并加氮相結合合金化以(yi)節約鉻(ge)鎳奧氏體中(zhong)的(de)貴重元素(su)鎳、鉬的(de)思路(lu)。這種思路(lu)充分利用(yong)了鉻(ge)、氮的(de)特性和鋼(gang)中(zhong)鉻(ge)與氮共存的(de)優勢。
圖(tu)6.1(b)指(zhi)(zhi)出(chu)了幾代雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)演(yan)變過程。圖(tu)6.1(b)中指(zhi)(zhi)出(chu):雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)Cr+Mo量應(ying)(ying)≥21%,以防(fang)止冷成(cheng)型引發馬(ma)氏體相變而(er)(er)導致(zhi)的(de)鋼(gang)(gang)的(de)性(xing)能(neng)(包(bao)括耐(nai)蝕(shi)性(xing)、力學性(xing)能(neng)等)的(de)下降(jiang);Cr+Mo量應(ying)(ying)≤35%,以防(fang)止鋼(gang)(gang)的(de)組織熱(re)穩(wen)定性(xing)下降(jiang),金屬間相沉淀(dian)而(er)(er)引發的(de)塑、韌性(xing),熱(re)加工性(xing)和焊接性(xing)以及(ji)耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)劣化;畫(hua)出(chu)了氮(dan)的(de)固(gu)溶度極限,提醒人們注意雖然氮(dan)是有(you)益元素(su),但鋼(gang)(gang)中加入大量的(de)氮(dan),氮(dan)化物(wu)析出(chu)也是有(you)害的(de),氮(dan)量若(ruo)超過溶解度極限,鋼(gang)(gang)在凝固(gu)過程中,氮(dan)會(hui)溢出(chu)而(er)(er)造(zao)成(cheng)廢(fei)品(pin)。

32304為(wei)00Cr23Ni4;31803和32205均為(wei)00Cr23Ni5Mo3N特超級雙相鋼3207HD, Cr+Mo量均已達36%,氮量上限已達0.6%

