1、双相不锈钢的发展历程
双相不锈钢(简称DSS),是指其中铁素体相和奥氏体相的体积大概相等,且其中任意一相也不能低于30%。如果不锈钢的含碳量较低,那么Cr的成分在18%-28%之间,Ni的成分在3%-10%区间内。有些双相不锈钢还会有Cu、Mo、N、Nb、Ti等元素。全球大概在1930年代开始研究双相不锈钢,那时是因为碳含量高的奥氏体不锈钢的晶间腐蚀较为严重急需解决。目前为止,已经研发到了第三代双相不锈钢:
1、第一代:在1940年代美国研发的329型不锈钢,代表了第一代双相不锈钢的产生。1965年左右,瑞典为了降低氯离子腐蚀断裂敏感性,特意研发了3RE60型双相不锈钢,但是由于碳的含量较高效果并不理想,只能用在铸锻工件上。
2、第二代:1970年代以来,随着工业技术的发展,金属精炼技术和连铸技术得到了很大的提高,为生产超低碳(含碳量小于0.03%)钢提供了技术条件。在20世纪70年代瑞典成功研制了牌号为SAF2205(美国牌号为UNSS31803)的典型的第二代双相不锈钢00Cr22Ni5Mo3N。
3、第三代:1980年代后期,研制成功了以SAF2507型号为例的第三代双相不锈钢。其添加的主要成分及合金元素是超低碳w(C)=0.01%-0.02%、高钼w(Mo)=4.0%、高氮w(N)=0.3%。根据公式可以算出其点蚀当量PREN大于40,因此这类不锈钢的点蚀敏感性十分低。
在如今的21世纪,双相不锈钢有两个方面需要改进:第一是节镍,生产出不仅耐蚀性能好,并且生产成本低的新型材料,例如S32101、S32003钢等可以代替304、316不锈钢。第二是使材料有更好的耐腐蚀蚀性能,比如2507、2906等超级双相不锈钢由于其优异的耐应力腐蚀和点蚀性能,可代替一些奥氏体不锈钢的应用。
2、双相不锈钢的分类
双相不锈钢通过铁素体相与奥氏体的比值可分为:第一类以奥氏体相为基体的奥氏体-铁素体双相不锈钢(铁素体含量在20%-5%范围内);第二类以铁素体相为基体的铁素体-奥氏体双相不锈钢(通常铁素体相占50%-70%)。
双相不锈钢按照其合金元素组分又可以分为以下两种:(1)Cr-Ni系这种材料是以铁素体相占主导的钢种;其中按材料中铬的含量不同往下细分,又能分为Cr18型,如(3RE60),Cr21型如2205双相不锈钢和Cr25型如2507双相不锈钢。(2)Cr-Mn-N系这材料是以奥氏体相占主导的不锈钢,如1Cr18Mn10Ni5Mo3N和ZG1Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N等。
表1.1几种典型钢号的双相不锈钢的主要化学成分(%)
注:在含有氯化物的腐蚀体系中防止点蚀发生的主要元素是铬、钼和氮,因此,其理论上常将耐点蚀当量通过数学关系进行阐明,以确定其耐点蚀性敏感性,PREN=Cr%+3.3×Mo%+16×N%.