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2205雙相不銹鋼管相關介紹

返回列表 來源:未知 瀏覽: 發布日期:2020-12-14 15:24【
2205不銹鋼管雙相不銹鋼是一類集優良的耐腐蝕、高強度和易于制造加工等諸多優異性能于一身的鋼種。它們的物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間,但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。雙相不銹鋼的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕能力與其鉻、鉬、鎢和氮含量有關,可以類似于316不銹鋼,也可高于海水用不銹鋼如6%Mo奧氏體不銹鋼。所有雙相不銹鋼耐氯化物應力腐蝕斷裂的能力均明顯強于300系列奧氏體不銹鋼,而且其強度也大大高于奧氏體不銹鋼,同時表現出良好的塑性和韌性。
雙相不銹鋼因為其金相顯微組織由鐵素體和奧氏體兩種不銹鋼晶粒組成,所以被稱為“雙相”。下圖中,黃顏色的奧氏體相被藍色的鐵素體相所包圍。當雙相不銹鋼熔化后,它從液態凝固時首先凝固成完全的鐵素體結構,隨著材料冷卻到室溫,大約有一半的鐵素體晶粒轉變為奧氏體晶粒。其結果是顯微組織中大約50%為奧氏體相,50%為鐵素體相。
雙相不銹鋼的強度大約是常規奧氏體不銹鋼或鐵素體不銹鋼強度的2倍。因此設計師在某些應用中就可減薄壁厚。下圖比較了室溫到300℃的溫度區間幾種雙相不銹鋼與316L奧氏體不銹鋼的屈服強度。 
02良好的韌性和延展性
盡管雙相不銹鋼強度高,但它們表現出良好的塑性和韌性。雙相不銹鋼的韌性和延展性明顯優于鐵素體不銹鋼和碳鋼,即使在很低的溫度如-40℃/F下仍保持良好的韌性。但還達不到奧氏體不銹鋼的優異程度。 
ASTM和EN標準規定的雙相不銹鋼最低力學性能極限
不銹鋼的耐腐蝕性主要取決于其化學成分。在大多數應用環境中,雙相不銹鋼都顯示出較高的耐蝕性能,這是由于它們鉻含量高,在氧化性酸中很有利,并且含有足夠量的鉬和鎳,能耐中等還原性酸介質的腐蝕。
雙相不銹鋼耐氯離子點蝕和縫隙腐蝕的能力,取決于其鉻、鉬、鎢和氮含量。雙相不銹鋼相對較高的鉻、鉬和氮含量使它們具有很好的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能。它們有一系列不同的耐腐蝕性能,既有相當于316不銹鋼耐蝕性的牌號,如經濟型雙相不銹鋼2101©,也有相當于6%鉬不銹鋼耐蝕性的牌號,如SAF 2507©。
2205不銹鋼管
雙相不銹鋼具有非常好的耐應力腐蝕開裂(SCC)性能,這個特性是從鐵素體這一方“繼承”來的。所有雙相不銹鋼耐氯化物應力腐蝕開裂的能力均明顯優于300系奧氏體不銹鋼。2205不銹鋼管而標準的奧氏體不銹鋼牌號如304和316,在有氯離子、潮濕空氣和溫度升高的條件下,可能會發生應力腐蝕開裂。因此,在有較大應力腐蝕風險的化工行業許多應用,常常采用雙相不銹鋼來代替奧氏體不銹鋼的使用。
介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間,但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。
一般認為,雙相不銹鋼中鐵素體相與奧氏體相的比例為30%~70%時,可以獲得良好的性能。但雙相不銹鋼常常被認為是鐵素體和奧氏體大致各占一半,在目前的商品化生產中,為了獲得最佳的韌性和加工特性,傾向于奧氏體的比例稍大一些。主要的合金元素尤其是鉻、鉬、氮和鎳之間的相互作用是非常復雜的。為了獲得穩定的有利于加工和制造的雙相組織,必須注意使每種元素有適當的含量。
除了相平衡以外,有關雙相不銹鋼及其化學組成的第二個主要問題是溫度升高時有害金屬間相的形成。σ相和χ相在高鉻、高鉬不銹鋼中形成,并優先在鐵素體相內析出。氮的添加大大延遲了這些相的形成。因此在固溶體中保持足夠量的氮非常重要。隨著雙相不銹鋼制造經驗的增加,人們越來越認識到控制較窄的成分范圍的重要性。2205雙相不銹鋼(UNS S31803,表1)最初設定的成分范圍過寬,經驗表明,為了得到最佳的耐腐蝕性能及避免金屬間相的形成,S31803的鉻、鉬和氮含量應保持在含量范圍的中上限,由此引出了成分范圍較窄的改進型2205雙相鋼UNS S32205(表1)。

鋼中鉻含量必須不低于10.5%才能形成穩定的含鉻鈍化膜,保護鋼不受大氣腐蝕。不銹鋼的耐腐蝕性能隨鉻含量的增加而增加。鉻是鐵素體形成元素,鋼中加鉻可促使體心立方結構的鐵素體形成。鋼中鉻含量較高時,需要加入更多的鎳才能形成奧氏體或雙相(鐵素體-奧氏體)組織。較高的鉻量也能促進金屬間相的形成。奧氏體不銹鋼鉻含量至少為16%,雙相不銹鋼鉻含量至少為20%。鉻還能增加鋼在高溫下的抗氧化能力,鉻的這一作用很重要,它影響熱處理或焊接后氧化皮或回火色的形成和去除。雙相不銹鋼的酸洗和去除回火色要比奧氏體不銹鋼困難。

鉬能提高不銹鋼耐點蝕和縫隙腐蝕的能力。當不銹鋼中鉻含量至少為18%時,鉬在氯離子環境中耐點蝕和縫隙腐蝕的能力是鉻的三倍。鉬是鐵素體形成元素,同時也增大了不銹鋼形成金屬間相的傾向。因此,奧氏體不銹鋼的鉬含量通常小于約7.5%,雙相不銹鋼的鉬含量小于4%。

氮提高奧氏體和雙相不銹鋼的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力,它還能顯著地提高鋼的強度。事實上它是最有效的固溶強化元素和低成本合金元素。含氮雙相不銹鋼韌性的改善得益于其較高的奧氏體含量和較少的金屬間相。氮沒有阻止金屬間相的析出,但可推遲金屬間相的形成,使得有足夠的時間進行雙相不銹鋼的加工和制造。氮被添加到鉻和鉬含量高的高耐蝕性奧氏體和雙相不銹鋼中,以抵消它們形成σ相的傾向。
氮是強奧氏體形成元素,在奧氏體不銹鋼中能代替部分鎳。氮可降低層錯能并提高奧氏體的加工硬化率。它還通過固溶強化提高了奧氏體的強度。雙相不銹鋼一般都添加氮并調整鎳含量以達到適當的相平衡。鐵素體形成元素鉻和鉬與奧氏體形成元素鎳和氮相互平衡才能獲得雙相組織。

鎳是穩定奧氏體的元素,鎳促使不銹鋼的晶體結構從體心立方結構(鐵素體)轉化為面心立方結構(奧氏體)。鐵素體不銹鋼含極少的鎳或不含鎳,雙相不銹鋼含鎳量為低至中等,如1.5%~7%,300系奧氏體不銹鋼至少含有6%的鎳(見圖1、2)。添加鎳延緩了奧氏體不銹鋼中有害金屬間相的形成,但是在雙相不銹鋼中鎳的延緩作用遠不如氮有效。面心立方結構使奧氏體不銹鋼具有極佳的韌性。雙相不銹鋼中有近一半是奧氏體組織,因此雙相鋼的韌性比鐵素體不銹鋼顯著提高。 
    Fe-Cr-Ni合金三元相圖是雙相不銹鋼冶金行為的指路圖。從鐵含量為68%處的三元截面圖(圖3)可看出:這些合金以鐵素體(a)相凝固,然后隨著溫度的下降,部分鐵素體轉變成奧氏體(g)(取決于合金成分)。當從固溶退火溫度水淬時,在室溫下可獲得大約50%鐵素體和50%奧氏體的金相組織。增加氮含量可提高鐵素體向奧氏體轉變的起始溫度,并改善雙相不銹鋼尤其是熱影響區的結構穩定性。
 2205不銹鋼管
    雙相不銹鋼軋制產品或加工后的產品中鐵素體和奧氏體的相對數量取決于其化學成分和熱加工歷史。如相圖所顯示,成分上微小的變化可能對兩相的相對體積分數有較大影響。某單一合金元素會促進鐵素體或奧氏體的形成。金相組織中鐵素體/奧氏體的相平衡可通過如下的多變量線性回歸來預測:
Creq = %Cr + 1.73 %Si + 0.88 %Mo
Nieq = %Ni + 24.55 %C + 21.75 %N + 0.4 %Cu
% 鐵素體 = -20.93 + 4.01 Creq – 5.6 Nieq + 0.016 T
    T(℃)是退火溫度,1050-1150°C,元素含量為重量百分數(wt%)
    通過調整鉻、鉬、鎳和氮的含量,并控制好加熱操作,可獲得所希望的相平衡即鐵素體相比例為45-50%,其余為奧氏體相。
    對于雙相不銹鋼的軋制生產來說,在適當的固溶退火溫度進行固溶退火處理,隨后立刻進行水淬,可得到最佳結果。重要的是,使材料從離開加熱爐到水淬之間的時間盡可能地短,這樣便最大程度地減少了熱量損失,而在水淬至室溫之前,熱量損失可能導致有害相的析出。
    對于雙相不銹鋼的焊接來說,必須針對每一種牌號和焊接配置給出最佳的熱輸入,以便冷卻速度能夠足夠快從而避免有害相的析出,但又不是太快以至于熔合線附近保留了過量的鐵素體。在實踐中,當焊接斷面尺寸差異較大的部件或采用低熱輸入焊接厚斷面時,可能出現這種情況。在這種情況下,厚斷面上的薄焊縫淬火過快,沒有留出充足的時間使足量的鐵素體轉變為奧氏體,結果導致焊接熱影響區鐵素體過量。
    由于氮可提高從鐵素體開始形成奧氏體的溫度,見圖3,它也加快了鐵素體轉變為奧氏體的速度。因此,如果不銹鋼中含氮,即使在相對快速的冷卻速度下,奧氏體數量也幾乎能達到平衡狀態時的水平。對第二代雙相不銹鋼而言,這一效應可減少焊縫熱影響區鐵素體過量的可能性。
 
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