α+γ鉻鎳雙相不銹鋼(以下簡稱雙相不銹鋼)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(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)在不同時期大致年代的發(fa)展概況和(he)一些主(zhu)要牌號。

1971年(nian)以(yi)(yi)前,所開發(fa)的(de)牌(pai)號屬于(yu)第(di)一代(dai)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),其中(zhong)包括20世紀30年(nian)代(dai)的(de)第(di)一個雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)1Cr25Ni5Mo1.5(453S)。第(di)一代(dai)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)含氮量處(chu)(chu)于(yu)電(dian)弧爐冶煉的(de)常(chang)規水平。雖(sui)然第(di)一代(dai)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)已將雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)性能特(te)點(dian)充分顯(xian)示了出來,但由于(yu)鋼(gang)(gang)的(de)耐點(dian)蝕(shi)當量PRE值較(jiao)低,各(ge)牌(pai)號間(jian)的(de)固溶態相(xiang)比(bi)例差(cha)別(bie)(bie)也較(jiao)大,而(er)且(qie)尚難以(yi)(yi)準(zhun)確控制(zhi),特(te)別(bie)(bie)是(shi)焊(han)后(hou),熔合線(xian)和焊(han)縫熱影響區常(chang)常(chang)呈現的(de)單相(xiang)鐵(tie)素體組織,導致焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭處(chu)(chu)雙(shuang)(shuang)相(xiang)鋼(gang)(gang)優良(liang)特(te)性顯(xian)著下降,甚至完全喪失(shi),嚴重(zhong)阻礙了雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)在焊(han)接(jie)(jie)用(yong)途的(de)應用(yong)和發(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素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,目前又稱之為超級(ji)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(常以SD代表)。
進入2000年(nian)以來,雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)發展呈現(xian)兩種趨(qu)勢。一方面進一步(bu)提高(gao)鋼中(zhong)合金(jin)元素(su)含(han)(han)量(liang)以獲得(de)更高(gao)強度和(he)(he)更加優良(liang)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing),如(ru)瑞(rui)典Sandvik公司新開(kai)發的(de)(de)SAF 2707和(he)(he)SAF 3207。PRE值大于45%,稱特超級雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(常以HD表示)。另一方面轉向開(kai)發低(di)鎳量(liang)且(qie)不含(han)(han)鉬(mu)或僅含(han)(han)少量(liang)鉬(mu)的(de)(de)經濟型雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼,以降低(di)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)成本和(he)(he)售(shou)價(jia),并(bing)顯著改(gai)善(shan)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)熱加工(gong)性(xing)和(he)(he)焊接(jie)性(xing),從而增加雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼與其他類型不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)競爭(zheng)優勢。目(mu)前(qian)列入經濟型雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)有(you)20世(shi)紀80年(nian)代開(kai)發的(de)(de)SAF 2304(00Cr23Ni4N)和(he)(he)2000年(nian)以來問世(shi)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)以及含(han)(han)1.5%Mo的(de)(de)AL 2003(ATI 2003,00Cr21Ni3.5Mo1.5N)。在一些腐蝕(shi)環境(jing)中(zhong),含(han)(han)20%~22%Cr、含(han)(han)1.5%Ni的(de)(de)幾種牌號可(ke)代替(ti)304、304L;SAF 2304可(ke)代替(ti)304、304L,甚至316和(he)(he)316L;含(han)(han)1.5%Mo的(de)(de)AL 2003則可(ke)代316、316L和(he)(he)SAF 2205。
從第二代和第三代以及(ji)第四(si)代雙相不銹鋼的(de)問(wen)世和發(fa)展過程中,可以觀察到用(yong)提高鋼中鉻(ge)(ge)量并加(jia)氮相結合合金化以節約(yue)鉻(ge)(ge)鎳(nie)奧氏體中的(de)貴重元素鎳(nie)、鉬(mu)的(de)思(si)(si)路。這種思(si)(si)路充分利用(yong)了鉻(ge)(ge)、氮的(de)特性和鋼中鉻(ge)(ge)與氮共存的(de)優勢。
圖6.1(b)指(zhi)出了幾代雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)演(yan)變過(guo)(guo)(guo)程。圖6.1(b)中(zhong)(zhong)指(zhi)出:雙(shuang)(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)Cr+Mo量(liang)應(ying)(ying)≥21%,以(yi)(yi)防(fang)(fang)止冷成型引發(fa)馬氏體相(xiang)變而導致(zhi)的(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)性能(包括耐蝕(shi)性、力學性能等)的(de)(de)下(xia)降;Cr+Mo量(liang)應(ying)(ying)≤35%,以(yi)(yi)防(fang)(fang)止鋼(gang)的(de)(de)組織熱穩定性下(xia)降,金屬間相(xiang)沉淀而引發(fa)的(de)(de)塑(su)、韌性,熱加工(gong)性和(he)焊接性以(yi)(yi)及耐蝕(shi)性的(de)(de)劣化;畫出了氮(dan)的(de)(de)固溶度極限,提醒(xing)人們注意(yi)雖然氮(dan)是(shi)(shi)有益元素,但鋼(gang)中(zhong)(zhong)加入大量(liang)的(de)(de)氮(dan),氮(dan)化物析出也是(shi)(shi)有害的(de)(de),氮(dan)量(liang)若(ruo)超過(guo)(guo)(guo)溶解(jie)度極限,鋼(gang)在凝固過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong),氮(dan)會溢出而造成廢(fei)品。

32304為00Cr23Ni4;31803和32205均為00Cr23Ni5Mo3N特超(chao)級(ji)雙(shuang)相鋼3207HD, Cr+Mo量均已達36%,氮量上限已達0.6%

