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。

1简介

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双相钢(dual-phase,简称DP钢),又称复相钢。由马氏体、奥氏体或贝氏体与铁素体基体两相组织构成的钢。一般将铁素体与奥氏体相组织组成的钢称为双相不锈钢,将铁素体与马氏体相组织组成的钢称为双相钢。双相钢是低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得。典型的双相钢屈服强度σs为310MPa,拉伸强度σb为655MPa。双相钢用于制造冷冲、深拉成型的复杂构件,也可用作管线钢、链条、冷拔钢丝、预应力钢筋等。

性质:指主要由铁素体相和马氏体相组成的钢,可由低碳钢或低合金钢经临界区处理或控制轧制而得到。这类钢具有高强度和高延性的良好配合,已成为一种强度高、成形性好的新型冲压用钢,成功的用于汽车产业等。

2性能特点

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由于两相组织的特点,通过正确控制化学成分和热处理工艺,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作为可焊接的结构材料发展迅速,八十年代以来已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列的一个钢类。双相不锈钢有以下性能特点:

(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AISI316L。

  (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。

3发展历史

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双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来,已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa,是普通不锈钢的2倍,因此可以节约用材,降低设备制造成本。在抗腐蚀方面,特别是介质环境比较恶劣(如海水,氯离子含量较高)的条件下,双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢,可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。

双相不锈钢具有良好的焊接性能,与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比,它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区,由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低,也不像奥氏体不锈钢那样,对焊接热裂纹比较敏感。

双相不锈钢由于其特殊的优点,广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域,近年来也被研究用于桥梁承重结构领域,具有很好的发展前景。

4分类

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双相不锈钢根据PRE值高低的分类:

PRE(即钢中Cr%+3.3×(Mo+1/2W)%+16×N%)值。

1、低合金型双相钢: 代表牌号:UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N),钢中不含钼,耐点蚀当量,PRE值为24-25,在耐应力腐蚀方面可代替AISI304(0Cr18Ni9)或316L(00Cr17Ni12Mo2)使用。

2、中合金型双相钢: 代表牌号:UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PRE值为32-33,它的耐蚀性能介于AISI316L(00Cr17Ni12Mo2)和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。

3、高合金型双相钢: 这类双相不锈钢含铬高达25%,在双相不锈钢系列中出现最早,如美国的329,随后各主要工业国家都有发展,牌号也较多,应用也很广泛。早期发展的有低碳不含钼的Cr25Ni5型双相钢,如IN-744(0Cr26Ni6Ti),2323(0Cr26Ni5)等,随后各国发展了一批1%~3%Mo的高铬双相不锈钢,提高了钢的耐蚀性,扩大了使用范围,并先后纳入标准,如329J1(0Cr25Ni5Mo2),DIN1.4582(0Cr25Ni7Mo1.5)等,但是焊后因近焊缝区的铁素体数量增多,甚至可能成为单相组织恶化了钢的性能,从而限制使用;为了解决这一问题,二十世纪七十年代以后发展了两相比例更加适宜的超低碳含氮双相不锈钢,除钼以外,有的牌号还加入了铜、钨等进一步提高耐腐蚀性的元素。如NTK R-4(00Cr25Ni5Mo2N),DP3(00Cr25Ni7Mo3WCuN)等。

4、超级双相钢: 是指PREN>40,含25%Cr和高钼(>3.5%),高氮(0.22%~0.30%)的双相钢,主要牌号有UNS S32550(UR52N+)、S32750(SAF 2507)和S32760(Zeron 100),分别是法国CLI、瑞典SANDVIK和英国MATER+PLATT等公司开发的,它们的变形材约在1990和1991年先后问世,近年走入市场。这三种钢的成分是相近的,区别在于钨和铜的含量不同。

  我国新标准GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分》中加入了许多双相不锈钢牌号。如:14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti等。更多的牌号见标准。

另外:著名的2205双相钢相当于我国的022Cr23Ni5Mo3N.。

5化学成分

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常用双相和奥氏体不锈钢的化学成分

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USNP牌号 合金牌号 化学成分,Wt%

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C Cr Ni Mo N PREN*

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双相不锈钢 S32304 SAF2304 0.03 23 4.5 - 0.1 25

S31803 SAF2205 0.03 22 5.0 3.2 0.18 35

S32750 SAF2507 0.03 25 7.0 4.0 0.3 43

奥氏体不锈钢 S30403 304L 0.03 18 8.0 - 0.1 20

S31603 316L 0.03 16 11.0 2.0 0.1 24

S31703 317L 0.03 18 11.0 3.0 0.1 30

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最后,一些网页甚至论文将"双相不锈钢"写作"双向不锈钢"是错误的。双相是指金相组织的有两种,而非方向的“向”。

6连铸注意事项

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实际工程中应用的奥氏体+铁素双相不锈钢(习惯称α+γ双相不锈钢或双相不锈钢)多以奥氏体为基并含有不小于30%的铁素体,最常见的是两相各约占50%的双相不锈钢。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。双相不锈钢也是一种节镍不锈钢。

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  • 更新时间:2016-11-07
  • 创建者:一标
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