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雙相不銹鋼 ｜ Duplex steel

雙相不銹鋼是指在它固溶組織中的鐵素體相和奧氏體相約各占一半，一般最少相含量也需要達(dá)到30%。因此它兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的性能特點(diǎn)。雙相不銹鋼已廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，諸如紙漿和造紙、陸上和海上的油氣工業(yè)、化學(xué)加工工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)（化學(xué)品船和槽罐車）、制藥和食品工業(yè)以及建筑業(yè)等。多用制反應(yīng)容器，各工業(yè)設(shè)備和輸送管道等。在大多數(shù)應(yīng)用中，雙相不銹鋼被認(rèn)為是具有成本效益的材料，填補(bǔ)了普通奧氏體不銹鋼和高合金奧氏體不銹鋼之間的空白。

產(chǎn)品分類 / 用途

022Cr25Ni7Mo4WCuN (S32760/S27603)


（022Cr25Ni7Mo4WCuN）（Zeron100)  S27603 / S32760 雙相鋼在20世紀(jì)80年代初系用作鑄鋼，代替耐蝕性不足的第二代雙相不銹鋼（00Cr22Ni5Mo2N）2205 雙相不銹鋼。80年代后期開始作為用于管道系統(tǒng)的變形材料，隨后此鋼成為石油天然氣開發(fā)、海水環(huán)境、煙氣脫硫（FGD）、脫鹽、化工等應(yīng)用領(lǐng)域的重要耐蝕材料。


一、化學(xué)成分


（022Cr25Ni7Mo4WCuN）S32760 雙相不銹鋼的化學(xué)成分 %
牌  號碳硅錳硫磷鉻鎳鉬銅氮鎢
（Zeron100）UNS S32760≤0.05≤1.0≤1.0≤0.010≤0.03024.0～26.06.0～8.03.0～4.00.50～1.00.20～0.300.50～1.0
022Cr25Ni7Mo4WCuN S27603≤0.030≤1.0≤1.0≤0.030≤0.03524.0～26.06.0～8.03.0～4.00.50～1.00.20～0.300.50～1.0


  S32760 雙相不銹鋼除了高鉻、鉬、氮量外還含有少量的鎢和銅。早期作為鑄造合金，加入鎢、銅以改善此合金的鑄造性能，后來才發(fā)現(xiàn)鎢、銅能改善此鋼在某些酸中的耐腐蝕性和在海水中在鈍化的能力。


二、組織特點(diǎn)


  此鋼與其他超級雙相不銹鋼相同，在固溶條件下，其顯微組織也是α/γ近于1的雙相結(jié)構(gòu)，但是，自高溫到室溫，包括不正確的熱加工、熱處理和焊接工藝等的冷卻過程中，在此鋼的基體上也會有金屬間相和氮化物析出，在900℃左右停留超過近100s就會有σ、χ、Cr2N等在基體上析出；在約475℃左右停留超過約800秒便會有α相析出。為了防止金屬間相和Cr2N相的析出，在冷卻過程中必須具有足夠的冷卻速度。另外此鋼不適應(yīng)熱處理和冷卻而產(chǎn)生σ相。


三、力學(xué)性能

 


ASTM A240 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能
材料UNSσb/MPaσ0.2/MPaδs/%
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鍛態(tài)S32760≥550≥750≥25
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鑄態(tài)J93380≥450≥700≥25



022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相鋼的實(shí)測力學(xué)性能
板厚/mmσb/MPaσ0.2/MPaδs/%硬度（HRC）沖擊值（V型）Akv/J
20℃’-30℃
1087467173442241207
1286569073738227227
1984364770140211183
3485362770032241248


四、耐腐蝕性能


 1. 全面腐蝕


  由于 S32760 雙相不銹鋼中不僅鉻、鉬、氮量高，而且還會有少量的鎢和銅，因而在一些還原性酸介質(zhì)中耐蝕性優(yōu)良，且優(yōu)于超級雙相不銹鋼 022Cr25Ni7Mo4 和超級奧氏體不銹鋼 00Cr20Ni18Mo6CuN (SAF 254SMO )。一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相鋼的耐全面腐蝕性在HCl中由于 2507 雙相不銹鋼和 6Mo 超級奧氏體不銹鋼 254SMO；在硫酸中，不僅遠(yuǎn)優(yōu)于2%～3%的 2205 和 316L ，而且也優(yōu)于 2507 ; 在商用H3PO4中，還優(yōu)于6Mo型超級奧氏體不銹鋼 254SMO。


 2. 晶間腐蝕


  由于 S32760 雙相不銹鋼 碳：C≤0.03%且具有α+γ雙相結(jié)構(gòu)，因此其耐晶間腐蝕性能優(yōu)良。在所試驗(yàn)的條件下還優(yōu)于如 C-276、Inconel 625、G30 等幾種高鎳的耐蝕合金。


 3. 應(yīng)力腐蝕


 用海水介質(zhì)并采用液滴發(fā)法進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，所得出的此鋼的臨界應(yīng)力腐蝕溫度（當(dāng)外加應(yīng)力為σ0.2的90%時）為70℃見下表


S32760雙相不銹鋼用海水介質(zhì)進(jìn)行液滴蒸發(fā)法應(yīng)力腐蝕（SCC)試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)溫度/℃應(yīng)力/MPa外加應(yīng)力σ0.2%SCC結(jié)果
11047188SCC
10549492SCC
10049492SCC
9050892SCC
8050792SCC
7051890無SCC


  由于 S32760 雙相不銹鋼不僅具有雙相組織，屈服強(qiáng)度高，而且鉻、鉬、氮含量高，耐蝕性好。因此此鋼的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異，在含有氯化物介質(zhì)的試驗(yàn)中，316L奧氏體不銹鋼當(dāng)溫度≥60℃，介質(zhì)僅0.001%氯化物便會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。雖然雙相不銹鋼S32304（SAF 2304) 和 S31803 (SAF 2205)耐應(yīng)力腐蝕性能要優(yōu)于316L，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于S32760 雙相不銹鋼，022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼在此試驗(yàn)條件下不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕（不斷裂）。


  在酸性環(huán)境中，當(dāng)在高氯化物（＞100000mg/L)時，022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相不銹鋼耐硫化物應(yīng)力腐蝕的能力取決于氯化物的濃度水平，而在低氯化物濃度時，則取決于硫化物的濃度水平。當(dāng)PH＞4時，此鋼至少耐0.7bar(0.7MPa)硫化氫分壓而不產(chǎn)生SSCC。


4. 點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕


幾種不銹鋼在FGD石灰漿液介質(zhì)中CCT值
（ Cl–50000mg/L ,PH=2 )
鋼種產(chǎn)品形態(tài)CCT/℃
S32760鍛態(tài)75
S32760鑄態(tài)60
Zeron 25鑄態(tài)40
254 SMO鍛態(tài)65
SAF 2205鍛態(tài)35


  S32760 雙相不銹鋼的臨界點(diǎn)蝕溫度（CPT)雖較 C-276（00Cr16Ni69Mo16W4)為低，但較 904L（022Cr20Ni25Mo4.5Cu)和 316L 為高。下表為，在模擬常規(guī)電廠煙氣脫硫（FGD）的石灰漿液介質(zhì)中，022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相鋼在鍛態(tài)的臨界縫隙腐蝕溫度（CCT）可達(dá)75℃，比超級奧氏體不銹鋼 254SMO（00Cr20Ni18Mo6CuN)還要高出10℃。


5. 磨蝕


 在帶有1000mg/L泥沙的酸性鹽水（pH=3.5），以40m/s速度沖刷時，一些不銹鋼的重量損失
牌號316L22Cr雙相鋼825合金S32760
失重?cái)?shù)值/mg18.515.51513



  從S32760 雙相不銹鋼在煙氣脫硫泥漿泵介質(zhì)條件下的耐磨蝕試驗(yàn)結(jié)果，可以看出 022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼的耐磨蝕性不僅優(yōu)于 316L ，而且還優(yōu)于第二代雙相不銹鋼 2205 （022Cr25Ni5Mo2N）和 鐵鎳基耐蝕合金 Incoloy 825 。在所試驗(yàn)的條件下，僅有 22Cr 型雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼 022Cr25Ni7Mo4WCuN 的磨蝕損失并不隨著pH值變化而改變，而且只有 022Cr27Ni7Mo3.5WCuN 鋼的磨蝕損失是最低的。從上述結(jié)果可知 ，由于 S32760 超級雙相不銹鋼具有的高強(qiáng)度、高硬度、高耐蝕性，充分證明 022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性。


五、加工性能


  022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼的冷熱加工性能與 S32750 雙相不銹鋼相似，熱加工時需要適宜的熱加工（成型）溫度和冷卻速度，冷加工（成型）時需要較大的外力，適宜的冷變形量，當(dāng)大變形量時需要及時進(jìn)行中間熱處理。


六、焊接性能


 022Cr25Ni7Mo4WCuN可采用SMAW、GTAW和SAW方法進(jìn)行焊接，后感覺線能在0.5 ～1.5KJ/mm,層間溫度在≤150℃，焊后不需熱處理。


不同方法焊接時S32760雙相鋼使用的典型焊接參數(shù)
焊接參數(shù)GTAWφ2.4SMAWφ3.25SAWφ3.2
電流/A80100330
電壓/V112332
焊接速度
mm*min-1
45120450
道次數(shù)14填滿


  022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼焊縫金屬的質(zhì)量要求一般要達(dá)到：-20℃低溫Ak值為28J，平均值為40J。硬度值為不大于28（HRC），能通過6%FeCl3、35℃檢驗(yàn)，不產(chǎn)生點(diǎn)蝕，注意需要控制焊縫中鐵素體量為35% ～60%，這樣就能獲得焊接性、成型性、耐腐蝕性和力學(xué)性能等均優(yōu)良的綜合性能。

 

七、熱處理工藝


  022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼適宜熱處理溫度為1000～1100℃，保溫后快冷，為了防止此鋼的金屬間相的析出，熱處理后的冷卻速率≥5000℃/h。


八、產(chǎn)品應(yīng)用


  022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼主要用于海上石油、天然氣開采，在電站煙氣脫硫、石化工程和化肥工業(yè)中，制造反應(yīng)器、容器、各種熱交換器以及管線、泵、閥等。