双相不锈钢参数对比

精品文档 1欢迎下载 1 44621 4462 双相钢介绍双相钢介绍 双相不锈钢双相不锈钢 Duplex Duplex stainlessstainless steel steel 双相不锈钢是一种铁素体相和奥氏体相共存的不锈钢 同时也是集优双相不锈钢是一种铁素体相和奥氏体相共存的不锈钢 同时也是集优 良的耐蚀性能 高强度和易于加工制造等诸多优异性能于一身的钢种 良的耐蚀性能 高强度和易于加工制造等诸多优异性能于一身的钢种 双相不锈钢已经有双相不锈钢已经有 6060 多年的历史 世界上第一批双相不锈钢于多年的历史 世界上第一批双相不锈钢于 19301930 年在年在 瑞典生产出来并用于亚硫酸盐造纸工业 瑞典生产出来并用于亚硫酸盐造纸工业 19681968 年不锈钢精炼工艺年不锈钢精炼工艺 氩氧脱碳工艺氩氧脱碳工艺 AOD AOD 的发明 使一系列新的不的发明 使一系列新的不 锈钢的产生成为可能 锈钢的产生成为可能 AODAOD 工艺带来的诸多进步之一就是合金元素工艺带来的诸多进步之一就是合金元素 N N 的添的添 加 双相不锈钢添加加 双相不锈钢添加 N N 元素可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐蚀性能元素可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐蚀性能 接近于基体金属的性能 还可以降低有害金属间相的形成速率 接近于基体金属的性能 还可以降低有害金属间相的形成速率 双相不锈钢同奥氏体不锈钢一样 是一种按腐蚀性能排序的钢种 腐蚀性双相不锈钢同奥氏体不锈钢一样 是一种按腐蚀性能排序的钢种 腐蚀性 能取决于它们的合金成分 双相不锈钢一直在不断发展 现代的双相不锈能取决于它们的合金成分 双相不锈钢一直在不断发展 现代的双相不锈 钢可以分为四种类型 钢可以分为四种类型 1 1 不含 不含 MoMo 的低级双相不锈钢的低级双相不锈钢 23042304 2 2 标准双相不锈钢 标准双相不锈钢 22052205 德标 德标 1 44621 4462 占双相钢总量的 占双相钢总量的 80 80 以上 以上 3 3 25 Cr25 Cr 的双相不锈钢 典型代表合金的双相不锈钢 典型代表合金 255255 可归为超级双相不锈钢 可归为超级双相不锈钢 4 4 超级双相不锈钢 含 超级双相不锈钢 含 25 26 Cr 25 26 Cr 与与 255255 合金相比合金相比 MoMo 和和 N N 的含量增加 的含量增加 典型代表钢种典型代表钢种 25072507 双相不锈钢中的合金元素主要是双相不锈钢中的合金元素主要是 CrCr 铬 铬 MoMo 钼 钼 N N 氮 氮 NiNi 镍 它们在双相镍 它们在双相 钢中的作用如下 钢中的作用如下 精品文档 2欢迎下载 1 1 CrCr 铬铬 钢中最少含有钢中最少含有 10 5 10 5 的的 CrCr 才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜 才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜 不锈钢的耐蚀性能随不锈钢的耐蚀性能随 CrCr 的含量提高而增强 的含量提高而增强 CrCr 是铁素体元素 它可以使是铁素体元素 它可以使 具有体心立方晶格的铁组织稳定 也可以提高钢在高温下的抗氧化能力 具有体心立方晶格的铁组织稳定 也可以提高钢在高温下的抗氧化能力 2 2 MoMo 钼钼 MoMo 与与 CrCr 协同作用能提高不锈钢的抗氯化物腐蚀的能力 协同作用能提高不锈钢的抗氯化物腐蚀的能力 MoMo 在氯化物环境在氯化物环境 下的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力是下的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力是 CrCr 的的 3 3 倍倍 参见参见 CPTCPT 公式公式 MoMo 是铁素体是铁素体 形成元素 同样能促进形成金属间相 因此 通常奥氏体不锈钢中形成元素 同样能促进形成金属间相 因此 通常奥氏体不锈钢中 MoMo 含含 量小于量小于 7 5 7 5 双相钢中小于 双相钢中小于 4 4 3 3 N N 氮氮 N N 元素可增加奥氏体和双相不锈钢的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力 并可以显元素可增加奥氏体和双相不锈钢的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力 并可以显 著地提高钢的强度 它是固溶强化最有效的一个元素 在提高钢强度的同著地提高钢的强度 它是固溶强化最有效的一个元素 在提高钢强度的同 时 时 N N 元素还可以增加奥氏体不锈钢和双相不锈钢的韧性 延缓金属间相元素还可以增加奥氏体不锈钢和双相不锈钢的韧性 延缓金属间相 的形成 使双相不锈钢有足够的时间进行加工和制造 还可以抵消因高的形成 使双相不锈钢有足够的时间进行加工和制造 还可以抵消因高 CrCr MoMo 所带来的易于形成所带来的易于形成 相的倾向 相的倾向 N N 是强烈的奥氏体元素 在奥氏体不锈钢中能部分取代是强烈的奥氏体元素 在奥氏体不锈钢中能部分取代 NiNi 双相不锈钢中 双相不锈钢中 一般加入几乎接近溶解度极限的一般加入几乎接近溶解度极限的 N N 和用以调整达到相平衡的和用以调整达到相平衡的 NiNi 铁素体元 铁素体元 素素 CrCr 和和 NiNi 与奥氏体形成元素与奥氏体形成元素 NiNi 和和 N N 需要达到平衡 才能获得期望的双需要达到平衡 才能获得期望的双 相组织 相组织 4 4 NiNi 镍镍 NiNi 是稳定奥氏体组织的元素 铁基合金中添加是稳定奥氏体组织的元素 铁基合金中添加 NiNi 可促使不锈钢从体心立可促使不锈钢从体心立 精品文档 3欢迎下载 方晶体结构方晶体结构 铁素体铁素体 转化为面心立方晶体结构转化为面心立方晶体结构 奥氏体奥氏体 NiNi 可以延缓金属间相的形成 但效果远不如可以延缓金属间相的形成 但效果远不如 N N 有效 有效 下面介绍双相不锈钢 帮助了解其性能 下面介绍双相不锈钢 帮助了解其性能 1 1 1 44621 4462 标准双相不锈钢标准双相不锈钢 00Cr22Ni5Mo3N 一 引言一 引言 1 44621 4462 是一种加是一种加 N N 双相不锈钢 双相不锈钢 N N 的加入明显地改善了的加入明显地改善了 1 44621 4462 的耐腐蚀的耐腐蚀 性能 尤其是焊接的情况 早期的双相不锈钢可以耐中等强度的均匀腐蚀性能 尤其是焊接的情况 早期的双相不锈钢可以耐中等强度的均匀腐蚀 和氯应力腐蚀断裂 但是在焊接情况下使用时 其性能就会大大下降 为和氯应力腐蚀断裂 但是在焊接情况下使用时 其性能就会大大下降 为 了改善这种情况 了改善这种情况 N N 元素就加入了元素就加入了 22052205 双相不锈钢 这样不仅使耐腐蚀性双相不锈钢 这样不仅使耐腐蚀性 能上升 而且焊接使用情况也很良好 德国标准对能上升 而且焊接使用情况也很良好 德国标准对 22052205 双相钢的含双相钢的含 N N 量量 要求是要求是 0 1 0 2 0 1 0 2 CrCr MoMo NiNi 的含量也有要求 所以的含量也有要求 所以 1 44621 4462 双相钢的点双相钢的点 蚀当量蚀当量 PRENPREN 值达到了值达到了 35 835 8 进一步提高了耐蚀性能 进一步提高了耐蚀性能 当有恰当的热处理时 当有恰当的热处理时 1 44621 4462 中中 22 22 的的 CrCr 和和 3 5 3 5 的的 NiNi 3 3 的的 MoMo 0 16 0 16 的的 N N 就会产生包括奥氏体相和铁素体相平衡的显微组织结构 这种结构和就会产生包括奥氏体相和铁素体相平衡的显微组织结构 这种结构和 化学成分让化学成分让 1 44621 4462 不锈钢有比不锈钢有比 316316 和和 317317 不锈钢更好和更广泛的耐蚀性不锈钢更好和更广泛的耐蚀性 能 同时还有比普通奥氏体不锈钢两倍还高的屈服强度 能 同时还有比普通奥氏体不锈钢两倍还高的屈服强度 1 44621 4462 是使用最广泛的双相不锈钢材料 在出厂前的所有是使用最广泛的双相不锈钢材料 在出厂前的所有 1 44621 4462 不锈钢不锈钢 都要金相检验 以防止加工过程中产生都要金相检验 以防止加工过程中产生 相 相 1 44621 4462 最常见的应用形式是最常见的应用形式是 焊管和管件 在有较强的均匀腐蚀和应力腐蚀的情况下 板材应用也很广焊管和管件 在有较强的均匀腐蚀和应力腐蚀的情况下 板材应用也很广 泛 泛 精品文档 4欢迎下载 二 化学成分和机械试验数据二 化学成分和机械试验数据 精品文档 5欢迎下载 三 耐蚀性能三 耐蚀性能 1 1 氯化物应力腐蚀断裂 氯化物应力腐蚀断裂 不含镍的铁素体钢对氯化物的应力腐蚀断裂有天生的免疫力 即使在苛刻不含镍的铁素体钢对氯化物的应力腐蚀断裂有天生的免疫力 即使在苛刻 的的 42 42 的的 MgCl2MgCl2 溶液中也是如此 从另一方面来说 含镍的奥氏体不锈钢溶液中也是如此 从另一方面来说 含镍的奥氏体不锈钢 则很容易受到氯离子应力腐蚀断裂的影响 奥氏体和铁素体不锈钢对氯离则很容易受到氯离子应力腐蚀断裂的影响 奥氏体和铁素体不锈钢对氯离 子的应力腐蚀断裂的抵抗取决于合金中镍的含量 子的应力腐蚀断裂的抵抗取决于合金中镍的含量 从某种意义上说 双相合金是奥氏体相和铁素体相的合成 但在双相合金从某种意义上说 双相合金是奥氏体相和铁素体相的合成 但在双相合金 中的成分都会倾向于某一相 例如 铁素体相中的中的成分都会倾向于某一相 例如 铁素体相中的 NiNi 要比奥氏体相中的要比奥氏体相中的 NiNi 含量少的多 因此 双相合金对氯离子的应力腐蚀断裂的抵抗性要比传含量少的多 因此 双相合金对氯离子的应力腐蚀断裂的抵抗性要比传 统统 300300 系列不锈钢好的多 系列不锈钢好的多 下表是是下表是是 304304 和和 1 44621 4462 在几种沸腾溶液中的腐蚀性能试验结果 在几种沸腾溶液中的腐蚀性能试验结果 应力腐蚀断裂试验情况 合金沸腾 42 MgCl2沸腾 33 LiCl沸腾 26 NaCl 304L 8 Ni 失败 20h 失败 96h 失败 850h 439 铁素体型 通过 2000h 通过 2000h 通过 1000h 1 4462 失败 89h 通过 1000h 通过 1000h 1 4462 焊接 失败 89h 通过 1000h 通过 1000h 2 2 点蚀和缝隙腐蚀 点蚀和缝隙腐蚀 对氯离子的点蚀和缝隙腐蚀的评定可以使用对氯离子的点蚀和缝隙腐蚀的评定可以使用 ASTMASTM 标准标准 G 48G 48 试验方法试验方法 精品文档 6欢迎下载 10 FeCl3 6H2O 10 FeCl3 6H2O 并且逐渐提高温度直到发现缝隙腐蚀发生为止 则首 并且逐渐提高温度直到发现缝隙腐蚀发生为止 则首 先发现缝隙腐蚀发生的温度称为临界缝隙腐蚀温度 可以用来衡量材料耐先发现缝隙腐蚀发生的温度称为临界缝隙腐蚀温度 可以用来衡量材料耐 缝隙腐蚀的能力 但在氯化溶液中不必要标明合金的限制使用温度 缝隙腐蚀的能力 但在氯化溶液中不必要标明合金的限制使用温度 下表是退火下表是退火 1 44621 4462 钢板材和钢板材和 316L316L 317L317L 等合金的缝隙腐蚀温度试验对比等合金的缝隙腐蚀温度试验对比 情况 情况 10 FeCl310 FeCl3 溶液中的缝隙腐蚀数据溶液中的缝隙腐蚀数据 合金缝隙腐蚀发生温度 典型 316 3 典型 317 2 1 446220 E BRITE26 124 AL 6XN45 Inconel62545 AL 29 4C52 精品文档 7欢迎下载 3 3 均匀腐蚀 均匀腐蚀 1 44621 4462 对稀的还原性酸和高浓度的氧化性酸有抵抗性 对低浓度的有机酸对稀的还原性酸和高浓度的氧化性酸有抵抗性 对低浓度的有机酸 也有抵抗性 但在高温高浓度下要小心使用 下表是也有抵抗性 但在高温高浓度下要小心使用 下表是 316L316L 和和 1 44621 4462 普通普通 状态和焊接状态的腐蚀试验对比情况 状态和焊接状态的腐蚀试验对比情况 腐蚀对比试验数据腐蚀对比试验数据 腐蚀率 mm a 典型 316L 1 4462 试验溶液 沸 腾 基材焊接材料基材焊接材料 20 醋酸 0 01 0 01 0 01 0 01 45 蚁酸 0 600 530 010 01 1 盐酸 0 021 610 020 02 65 硝酸 0 560 460 520 49 10 草酸 1 221 130 200 13 20 磷酸 0 020 030 020 03 10 硫酸氢钠 1 821 430 650 51 50 氢氧化钠 1 972 170 610 57 10 氨基磺酸 3 153 030 560 44 10 硫酸 16 116 75 235 08 硫酸铁 50 硫酸 A262B 0 660 590 510 45 精品文档 8欢迎下载 四 物理性能四 物理性能 热导率 W m K 类型密度比热 20 100 300 500 1 44627 88g cm30 45 J g K 192123 3047 93g cm30 502 J g K 16 318 821 4 316L7 98g cm30 502 J g K 15 118 420 9 精品文档 9欢迎下载 五 力学性能五 力学性能 高温下的拉力性能高温下的拉力性能 1 44621 4462 双相钢在双相钢在 ASMEASME 锅炉与压力容器规范中被允许使用在锅炉与压力容器规范中被允许使用在 316316 以下温度 以下温度 其强度可以通过其强度可以通过 ASMEASME 锅炉与压力容器标准中的许用应力来表示 下表是锅炉与压力容器标准中的许用应力来表示 下表是 典型典型 316316 和和 1 44621 4462 的许用应力对比情况 焊接管件的焊缝系数取的许用应力对比情况 焊接管件的焊缝系数取 0 850 85 如此大的许用应力可以和有很利地使用在过程装备设计中 如此大的许用应力可以和有很利地使用在过程装备设计中 最大许用应力最大许用应力 依据依据 ASMEASME 规范规范 温度 1 4462 MPa 典型 316 MPa 38155130 93155112 149150101 20414492 26014186 31613981 精品文档 10欢迎下载 冲击性能冲击性能 1 44621 4462 双相钢可以从高温塑性破坏向低温脆性断裂转变 此塑性双相钢可以从高温塑性破坏向低温脆性断裂转变 此塑性 脆性的脆性的 转变温度可以通过在转变温度可以通过在 343 538343 538 C C 长时间的保温来充分地提高 不恰当的焊长时间的保温来充分地提高 不恰当的焊 接工艺 例如使用纯粹的接工艺 例如使用纯粹的 CrCr 不锈钢填料 可以提高焊缝向冲击脆性转变不锈钢填料 可以提高焊缝向冲击脆性转变 的敏感性 的敏感性 高温对力学性能的影响高温对力学性能的影响 ASMEASME 锅炉与压力容器规范中明确规定锅炉与压力容器规范中明确规定 1 44621 4462 双相钢的使用温度上限是双相钢的使用温度上限是 316316 因为双相钢有一个 因为双相钢有一个 475475 脆化脆化 的问题 主要是由于铁素体相在的问题 主要是由于铁素体相在 343 538343 538 之间加热时会出现脆化现象 但这种脆化是可逆的 只要通过在之间加热时会出现脆化现象 但这种脆化是可逆的 只要通过在 593593 以上加热就可以还原 然而 另外一个脆化温度区间是以上加热就可以还原 然而 另外一个脆化温度区间是 538 1000538 1000 因为有有害于冲击性和腐蚀性的中间相析出 整体退火和快速冷却处理可因为有有害于冲击性和腐蚀性的中间相析出 整体退火和快速冷却处理可 以消除脆性相 同时也是消除成形应力和以消除脆性相 同时也是消除成形应力和 475475 脆化脆化 首选方案 首选方案 六 成形和热处理六 成形和热处理 1 44621 4462 可以很成功地冷弯和拉伸 相对于普通奥氏体不锈钢来说 可以很成功地冷弯和拉伸 相对于普通奥氏体不锈钢来说 1 44621 4462 有很高的强度 对成形设备要求有很高的要求 双相钢中铁素体相的延伸有很高的强度 对成形设备要求有很高的要求 双相钢中铁素体相的延伸 率比奥氏体相要小 所以率比奥氏体相要小 所以 1 44621 4462 在弯曲时其弯曲半径要比奥氏体不锈钢在弯曲时其弯曲半径要比奥氏体不锈钢 大 大 此外 此外 1 44621 4462 管材和管板胀接时 由于其弹性延伸率较低 所以其胀接程管材和管板胀接时 由于其弹性延伸率较低 所以其胀接程 度要受到限制 度要受到限制 1 44621 4462 相对于很多管板材料来说其强度是很高的 因此 相对于很多管板材料来说其强度是很高的 因此 1 44621 4462 管材和其它材料的管板胀接时要十分小心 管材和其它材料的管板胀接时要十分小心 精品文档 11欢迎下载 重度弯曲变形后要整体退火重度弯曲变形后要整体退火 不只是消应力退火不只是消应力退火 以防止在使用环境中应 以防止在使用环境中应 力腐蚀开裂 消应力热处理的温度一般在力腐蚀开裂 消应力热处理的温度一般在 316 927316 927 之间 至于对材料性之间 至于对材料性 能的影响不作考虑 能的影响不作考虑 七 热处理七 热处理 1 44621 4462 的退火温度一般在的退火温度一般在 1020 11001020 1100 并快速冷却 在并快速冷却 在 11001100 附近热处理附近热处理 时 会让铁素体相含量大大增加 时 会让铁素体相含量大大增加 八 焊接八 焊接 1 44621 4462 双相钢中的铁素体相和奥氏体相含量基本相同 氧炔焊会让基材的双相钢中的铁素体相和奥氏体相含量基本相同 氧炔焊会让基材的 焊缝和热影响区的铁素体含量上升 并行的退火处理可以恢复两相的平衡 焊缝和热影响区的铁素体含量上升 并行的退火处理可以恢复两相的平衡 然而退火处理后焊缝的铁素体含量还是要稍高一点 焊缝中的铁素体含量然而退火处理后焊缝的铁素体含量还是要稍高一点 焊缝中的铁素体含量 不可以过高 不可以过高 匹配的填料金属对匹配的填料金属对 1 44621 4462 的焊接来说是有经济性的 象的焊接