概要: 所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相各占约一半。使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起,正是这些优越的性能使双相不锈钢具有广泛的用途
关键词: 双相不锈钢,较高强度,耐氯化物应力腐蚀,广泛用途,一站式销售
一.前言:
铁素体-奥氏体型双相不锈钢已发展成为不锈钢的一个新的钢种。
所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半,一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti,N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。
二.双相不锈钢的性能特点:
(1)含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60°C以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂,在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向,而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。
(2)含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值(PRE=Cr% 3.3Mo% 16N%)时,双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含25%Cr的,尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L。
(3)具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下,适用于制作泵、阀等动力设备。
(4)综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度,屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%,韧性值AK(V型槽口)在100J以上。
(5)可焊性良好,热裂倾向小,一般焊前不需预热,焊后不需热处理,可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。
(6)含低铬(18%Cr)的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽,抗力小,可不经过锻造,直接轧制开坯生产钢板。含高铬(25%Cr)的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难,可以生产板、管和丝等产品。
(7)冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大,在管、板承受变形初期,需施加较大应力才能变形。
(8)与奥氏体不锈钢相比,导热系数大,线膨胀系数小,适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯,换热效率比奥氏体不锈钢高。
(9)仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向,不宜用在高于300°C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低,σ等脆性相的危害性也愈小。
三. 双相不锈钢与几种奥氏体不锈钢的性能对比:
1, 双相不锈钢的综合力学性能好,有较高的强度和疲劳强度,屈服强度是304(1Cr18Hi9Ti 普通常用不锈钢) 奥氏体不锈钢的2 倍。
2,几种不锈钢材料机械性能对比:
钢 种 机械性能
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双相不锈钢
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304
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316L
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σb kg /mm2
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83
|
62
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60
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σ0.2 kg /mm2
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62
|
31
|
30
|
δ %
|
31
|
61
|
58
|
硬度 HRB
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100
|
81
|
78
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3,几种不锈钢材料腐蚀速度对比:
钢种
试 验 介 质
|
温度
(0C)
|
腐蚀速度 (mm /a)
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双相不锈钢
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3RE60
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316L
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20cb-3
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硫酸H2SO4 20 %
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66
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< 0.1
|
120
|
50
|
9.3
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盐酸HCl 2.5 %
|
25
|
< 0.1
|
20
|
11
|
2.5
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磷酸H3PO4 60 %
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100
|
< 0.02
|
|
|
|
甲酸 80 %
|
100
|
< 1.6
|
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2.0
|
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醋酸 100 %
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100
|
0.00
|
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0.04
|
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海水
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室温
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0.075
|
|
0.08
|
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4, 附图:
几种钢号的双相不锈钢与316不锈钢(0Cr18Ni12M02Ti)在不同浓度和温度的硫酸 (H2SO4) 溶液中可以适应的范围.
5,附图:
TY-5牌号的双相不锈钢与几种钢材耐磨耗损失性能对比
TY-5双相不锈钢的磨耗损失是304型奥氏体不锈钢的约三分之一。
四.节约资源
金属中合金元素的多少,直接影响该材料的性能, 双相不锈钢以相对于与奥氏体不锈钢相比,其金属中合金元素的含量在不大于奥氏体不锈钢的状态下,其综合性能比奥氏体不锈钢成倍提高,反之,若以相当的综合性能指标来推算,就能够成倍的降低合金元素的消耗量。例如: 304型(1Cr18N i 9Ti 普通常用不锈钢) 奥氏体不锈钢含的合金元素量是:Cr18 Ni9 Ti1=28, 相对应的双相不锈钢00Cr18Ni5Mo3Si2含的合金量是:Cr18 Ni5 Mo3 Si2=28 ,两者含的合金量是一样多,而所做产品的使用寿命可以成倍提高,由此可以相对降低成本。
五.与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢的优势如下:
①屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多,且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用奥氏体不锈钢减少30%~50%,有利于降低成本。
②具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力,尤其在含氯离子的环境中,即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力,应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。
③在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢,而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性,在一些介质中,如醋酸、甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢,乃至耐蚀合金。
④具有良好的耐局部腐蚀性能,与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比,鉴于双相不锈钢的高强度和良好耐腐蚀性能,它的耐磨损腐蚀和腐蚀疲劳性能都优于奥氏体不锈钢。
⑤比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低,与碳钢接近,适合与碳钢连接,具有重要的工程意义,如生产复合板或衬里等。
⑥不论在动载或静载条件下,比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力。这对于结构件应付突发事故如冲撞、爆炸等,双相不锈钢优势明显,有实际应用价值。
与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢的弱势如下:
①应用的普遍性和多面性不如奥氏体不锈钢,例如长期应用其使用温度必须控制在250℃以下。
②其塑韧性较奥氏体不锈钢低,冷、热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。
③存在中温脆性区,需要严格控制热处理和焊接的工艺制度,以避免有害相的出现,损害性能。
双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比存在弱势是由于双相不锈钢中有大量铁素体组织。
与铁素体不锈钢相比,双相不锈钢的优势如下:
①综合力学性能比铁素体不锈钢高,尤其是塑韧性。对脆性不如铁素体不锈钢那样敏感。
②除耐应力腐蚀性能外,其他的耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。
③冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。
④焊接性能也远优于铁素体不锈钢,一般焊前不需预热,焊后不需热处理。
⑤应用范围较铁素体不锈钢宽。
双相不锈钢与铁素体不锈钢相比存在优势是由于双相不锈钢中有大量奥氏体组织。
与铁素体不锈钢相比,双相不锈钢的另一弱势是合金元素含量高,价格相对高,而且一般铁素体不锈钢中不含镍。
综上所述,可以概括地看出双相不锈钢的使用性能和工艺性能全貌,它以其优越的力学与耐腐蚀的综合性能赢得了使用者的青睐,已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。
五.双相不锈钢的应用范围
双相不锈钢含高铬、低镍、钼、氮等元素,其性能高于 1Cr18Ni9Ti (304)和 0Cr18Ni12Mo2Ti(316L) 等耐腐蚀不锈钢,而成本价格较低。在含氯离子、氟化物、各种无机、有机酸中具有优异的抗均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀性能,特别是在含有固相颗粒介质中更显出其优越性能。
可广泛用于化工工业、造纸工业、矿山井下泵、海水泵、油田注水泵、仓储及运输罐,医药工业、化肥工业、化纤工业,环保产业、清洗工业等。
六.广泛应用实例:
1,海底石油开采:采油平台实施标准化的深海管道缆束,以便从油井环形通路上提供水源,电源,减压以及井上通讯,深海回接管注入化学药剂,东马来西亚油田深度超过1200米的海底输油管线,在7000米深海底放置设备和电缆的容器材料。
2,海水淡化:多级闪蒸法用蒸发器的冷凝器管,海水循环泵。
3,烟气脱硫:(FGD)脱硫吸收塔顶部,喷淋泵
4,化学品船:波壁状液货舱。
5,汽车、火车液罐:由于它的耐腐蚀性好,强度高,液罐重量可以减轻30%左右,重量减轻,能耗降低,节能减排,减少大气升温,是环保的好产品。
6,桥梁与混凝土钢筋:该钢的高强度和较高的伸长率赋予它优良的抗疲劳性能,尤其是那些对氯化物诱导腐蚀敏感的结构。英国、瑞典、挪威、纽约的大桥,香港的昂船洲大桥,武汉天兴洲大桥都有利用。
7,建筑设施:西班牙建的面粉仓库,美国为卡塔尔多哈国际机场建世界上最大的不锈钢屋顶,孟买街道过街天桥的扶手。
8,制盐工业:
我国炼制含盐,含硫高的原油数量较多,原油中含有的无机盐(NaCl,CaCl2)及硫化物形成了HCl-H2S- H2O腐蚀环境,南京炼油厂采用双相不锈钢制作减顶增湿空冷器效果很好。
盐化工装置真空制盐蒸发罐采用双相不锈钢制作,用于湖北化工厂、应城盐矿和出口泰国,获得经济效益甚丰。
9,化工工业:
上海石化一厂乙烯装置的催化剂再生气体冷却器,该设备管程介质为海水,原使用铝黄铜,三个月运行即发生管子穿孔腐蚀,而用双相不锈钢制作,已使用五年仍在安全服役。
化机厂为青海钾肥厂在提钾生产设备上制作的砂泵配件叶轮(φ280),使用一年后检查结果该叶轮表面毫无腐蚀迹象。
由钢厂为湖北化工厂制盐分厂制作的循环泵使用多年没有出现腐蚀现象。
10,清洗行业:
,经电力科研单位用几种不锈钢标样做试验,用304 、316L 、20Cb和双相不锈钢试片,同时做耐氢氟酸腐蚀试验,结果,双相不锈钢耐氢氟酸腐蚀性能最佳。选用此材质为东北电科院和杨柳青电厂制造锅炉清洗用输送氢氟酸的多级式离心泵 DF80-30×9 , 流量Q=30 m3/h, 扬程H=270 m,泵使用效果很好,德国清洗专家翘指称好。
锅炉清洗用低浓度盐酸,选用双相不锈钢材质制作化学清洗循环泵,耐腐蚀情况良好,已经使用十年以上,还在服役。至今全国90%以上的电厂清洗锅炉用的化学清洗循环泵并配套成清洗平台
综上简述,双相不锈钢的开发利用前景广阔,工业、民用,都可以充分的开发利用双相不锈钢制作。
随着镍价居高不下,近来国际铬系不锈钢和低镍系不锈钢如200系、400系等发展加快,预计未来铬系不锈钢品种和低镍不锈钢品种的需求量都将进一步增加。双相不锈钢品种是一种高铬低镍不锈钢品种,不仅具有良好的韧性和可焊性,且具有较高屈服强度和耐氯化物应力腐蚀性能。
业界人士认为,双相不锈钢的发展将会促进高镍价的理性回归,减小不锈钢生产商的成本压力,同时也将给制品生产企业解压。
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