2205雙相不銹鋼的知識

1、普及一下2205雙相不銹鋼的知識!雙相不銹鋼(Duplexstainlesssteel感雙相不銹鋼是一種鐵素體相和奧氏體相共存的不銹鋼，同時也是集優(yōu)良的耐蝕性能、高強度和易于加工制造等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種。雙相不銹鋼已經(jīng)有60多年的歷史，世界上第一批雙相不銹鋼于1930年在瑞典生產(chǎn)出來并用于亞硫酸鹽造紙工業(yè)。1968年不銹鋼精煉工藝一一氬氧脫碳工藝(AOD)的發(fā)明，使一系列新的不銹鋼的產(chǎn)生成為可能。AOD工藝帶來的諸多進(jìn)步之一就是合金元素N的添加。雙相不銹鋼添加N元素可以使焊接狀態(tài)下熱影響區(qū)的韌性和耐蝕性能接近于基體金屬的性能，還可以降低有害金屬間相的形成速率。雙相不銹鋼同奧氏體不銹鋼一樣

2、，是一種按腐蝕性能排序的鋼種，腐蝕性能取決于它們的合金成分。雙相不銹鋼一直在不斷發(fā)展，現(xiàn)代的雙相不銹鋼可以分為四種類型：1、不含Mo的低級雙相不銹鋼2304；2、標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼2205，占雙相鋼總量的80%以上；3、25%Cr的雙相不銹鋼，典型代表合金255，可歸為超級雙相不銹鋼；4、超級雙相不銹鋼，含25-26%Cr,與255合金相比Mo和N的含量增加。典型代表鋼種2507。雙相不銹鋼中的合金元素主要是Cr、Mo、N、Ni，它們在雙相鋼中的作用如下:1、Cr鋼中最少含有10.5%的Cr才能形成保護(hù)鋼不受大氣腐蝕的穩(wěn)定的鈍化膜。不銹鋼的耐蝕性能隨Cr的含量提高而增強。Cr是鐵素體元素，它可以使

3、具有體心立方晶格的鐵組織穩(wěn)定，也可以提高鋼在高溫下的抗氧化能力。2、MoMo與Cr協(xié)同作用能提高不銹鋼的抗氯化物腐蝕的能力。Mo在氯化物環(huán)境下的抗點蝕和縫隙腐蝕的能力是Cr的3倍（參見CPT公式）。Mo是鐵素體形成元素，同樣能促進(jìn)形成金屬間相。因此，通常奧氏體不銹鋼中Mo含量小于7.5%，雙相鋼中小于4%。3、NN元素可增加奧氏體和雙相不銹鋼的抗點蝕和縫隙腐蝕的能力，并可以顯著地提高鋼的強度，它是固溶強化最有效的一個元素。在提高鋼強度的同時，N元素還可以增加奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼的韌性，延緩金屬間相的形成，使雙相不銹鋼有足夠的時間進(jìn)行加工和制造，還可以抵消因高Cr、Mo所帶來的易于形成。相的

4、傾向，N是強烈的奧氏體元素，在奧氏體不銹鋼中能部分取代Ni。雙相不銹鋼中一般加入幾乎接近溶解度極限的N和用以調(diào)整達(dá)到相平衡的Ni。鐵素體元素Cr和Ni與奧氏體形成元素Ni和N需要達(dá)到平衡，才能獲得期望的雙相組織。4、NiNi是穩(wěn)定奧氏體組織的元素。鐵基合金中添加Ni可促使不銹鋼從體心立方晶體結(jié)構(gòu)（鐵素體）轉(zhuǎn)化為面心立方晶體結(jié)構(gòu)（奧氏體）。Ni可以延緩金屬間相的形成，但效果遠(yuǎn)不如N有效。下面介紹兩種雙相不銹鋼，幫助了解其性能。1:2205標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼(00Cr22Ni5Mo3N)一、引言2205是一種加N雙相不銹鋼。N的加入明顯地改善了2205的耐腐蝕性能，尤其是焊接的情況。早期的雙相不銹鋼可

5、以耐中等強度的均勻腐蝕和氯應(yīng)力腐蝕斷裂，但是在焊接情況下使用時,其性能就會大大下降。為了改善這種情況,N元素就加入了2205雙相不銹鋼，這樣不僅使耐腐蝕性能上升，而且焊接使用情況也很良好。ASTM標(biāo)準(zhǔn)對2205雙相鋼的含N量要求是008-0.2%，Cr、Mo、Ni的含量也有要求，所以2205雙相鋼的點蝕當(dāng)量PREN值達(dá)到了358，進(jìn)一步提高了耐蝕性能。當(dāng)有恰當(dāng)?shù)臒崽幚頃r，2205中22%的Cr和3.5%的Ni、3%的Mo、0.16%的N就會產(chǎn)生包括奧氏體相和鐵素體相平衡的顯微組織結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分讓2205不銹鋼有比316和317不銹鋼更好和更廣泛的耐蝕性能，同時還有比普通奧氏體不銹鋼兩

6、倍還高的屈服強度。2205是使用最廣泛的雙相不銹鋼材料，在出廠前的所有2205不銹鋼都要金相檢驗，以防止加工過程中產(chǎn)生。相。2205最常見的應(yīng)用形式是焊管和管件，在有較強的均勻腐蝕和應(yīng)力腐蝕的情況下，板材應(yīng)用也很廣泛。二、化學(xué)成分和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)2205雙相鋼的化學(xué)成分如下表所示?；瘜W(xué)成分元素典型成分ASTM標(biāo)準(zhǔn)C0.020.030maxMn0.072.0maxP0.0250.030maxS0.0010.020maxSi0.401.0maxCr22.421.0-23.0Ni5.84.5-6.5Mo3.32.5-3.5N0.160.08-0.20Fe余量余量2205材料的ASTM和ASME標(biāo)準(zhǔn)如下表所

7、示產(chǎn)品形式ASTM標(biāo)準(zhǔn)ASME標(biāo)準(zhǔn)A276棒A479-板、帶A240SA240管（焊管和無縫管）A790SA790管件（焊接管件和無縫管件）A789SA789三、耐蝕性能1、氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂不含鎳的鐵素體鋼對氯化物的應(yīng)力腐蝕斷裂有天生的免疫力，即使在苛刻的42%的MgCl2溶液中也是如此，從另一方面來說，含鎳的奧氏體不銹鋼則很容易受到氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂的影響。奧氏體和鐵素體不銹鋼對氯離子的應(yīng)力腐蝕斷裂的抵抗取決于合金中鎳的含量。從某種意義上說，雙相合金是奧氏體相和鐵素體相的合成，但在雙相合金中的成分都會傾向于某一相。例如鉄素體相中的Ni要比奧氏體相中的Ni含量少的多，因此，雙相合金對氯離子的

8、應(yīng)力腐蝕斷裂的抵抗性要比傳統(tǒng)300系列不銹鋼好的多。下表是是304和2205在幾種沸騰溶液中的腐蝕性能試驗結(jié)果。合金應(yīng)力腐蝕斷裂試驗情況沸騰42%MgC12沸騰33%LiCl沸騰26%NaCl304L(8%Ni)失敗(20h)失敗(96h)失敗(850h)439(鐵素體型)通過(2000h)通過(2000h)通過(1OOOh)2205失敗(89h)通過(1OOOh)通過(1OOOh)2205(焊接)失敗(89h)通過(1OOOh)通過(1OOOh)2、點蝕和縫隙腐蝕對氯離子的點蝕和縫隙腐蝕的評定可以使用ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48試驗方法(10%FeC13-6H2O)，并且逐漸提高溫度直到發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕

9、發(fā)生為止。則首先發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕發(fā)生的溫度稱為臨界縫隙腐蝕溫度，可以用來衡量材料耐縫隙腐蝕的能力，但在氯化溶液中不必要標(biāo)明合金的限制使用溫度。下表是退火2205鋼板材和316L、317L等合金的縫隙腐蝕溫度試驗對比情況。10%FeCl3溶液中的縫隙腐蝕數(shù)據(jù)合金縫隙腐蝕發(fā)生溫度(°C)典型316-3典型317222O52OE-BRITE26-124AL-6XN45Inconel62545AL29-4C523、均勻腐蝕2205對稀的還原性酸和高濃度的氧化性酸有抵抗性，對低濃度的有機(jī)酸也有抵抗性，但在高溫高濃度下要小心使用。下表是316和2205普通狀態(tài)和焊接狀態(tài)的腐蝕試驗對比情況。腐蝕對比試

10、驗數(shù)據(jù)試驗溶液(沸騰)腐蝕率(mm/a)典型316L2205基材焊接材料基材焊接材料20%醋酸<0.01<0.01<0.01<0.0145蟻酸0.600.530.010.011%鹽酸0.021.610.020.0265%硝酸0.560.460.520.4910%草酸1.221.130.200.1320%磷酸0.020.030.020.0310%硫酸氫鈉1.821.430.650.5150%氫氧化鈉1.972.170.610.5710%氨基磺酸3.153.030.560.4410%硫酸16.116.75.235.08硫酸鐵+50%硫酸0.660.590.510.45(A2

11、62B)4、2205焊接狀態(tài)抗晶間腐蝕試驗可以按ASTMA262E執(zhí)行（16%H2SO4+CuSO4溶液）密度：7.88g/cm3比熱：420J/kg-k熱傳導(dǎo)系數(shù)：（20-100°C）19w/m-k熱膨脹系數(shù)：（20-100C）137X10-6/C平均彈性模量：190Gpa五、力學(xué)性能典型室溫下的力學(xué)性能如下表所示。室溫力學(xué)性能項目0.2%屈服強度抗拉強度延伸率55(%)硬度高溫下的拉力性能ASTM和ASME最小性能值450MPa625MPa2532Rc/290HB(max)板系列>4.76mm515Mpa760MPa35235HB板系列<4.76mm585MPa860

12、MPa3027Rc2205雙相鋼在ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范中被允許使用在316°C以下溫度。其強度可以通過ASME鍋爐與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中的許用應(yīng)力來表示。下表是典型316和2205的許用應(yīng)力對比情況。焊接管件的焊縫系數(shù)取0.85。如此大的許用應(yīng)力可以和有很利地使用在過程裝備設(shè)計中。最大許用應(yīng)力(依據(jù)ASME規(guī)范)溫度(C)2205(MPa)典型316(MPa)3815513093155112149150101204144922601418631613981ASMEBoilerandPressureVesselCode,SectionII,PartD,Table1A.沖擊性能2205雙

13、相鋼可以從高溫塑性破壞向低溫脆性斷裂轉(zhuǎn)變，此塑性-脆性的轉(zhuǎn)變溫度可以通過在343-538°C長時間的保溫來充分地提高。不恰當(dāng)?shù)暮附庸に?，例如使用純粹的Cr不銹鋼填料，可以提高焊縫向沖擊脆性轉(zhuǎn)變的敏感性。高溫對力學(xué)性能的影響ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范中明確規(guī)定2205雙相鋼的使用溫度上限是316°C,因為雙相鋼有一個“475C脆化”的問題，主要是由于鐵素體相在343-538C之間加熱時會出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。但這種脆化是可逆的，只要通過在593C以上加熱就可以還原。然而，另外一個脆化溫度區(qū)間是538-1000C，因為有有害于沖擊性和腐蝕性的中間相析出。整體退火和快速冷卻處理可以消除脆

14、性相，同時也是消除成形應(yīng)力和“475C脆化”首選方案。六、成形和熱處理2205可以很成功地冷彎和拉伸。相對于普通奧氏體不銹鋼來說，2205有很高的強度，對成形設(shè)備要求有很高的要求。雙相鋼中鐵素體相的延伸率比奧氏體相要小，所以2205在彎曲時其彎曲半徑要比奧氏體不銹鋼大。此外，2205管材和管板脹接時，由于其彈性延伸率較低，所以其脹接程度要受到限制。2205相對于很多管板材料來說其強度是很高的，因此，2205管材和其它材料的管板脹接時要十分小心。重度彎曲變形后要整體退火（不只是消應(yīng)力退火），以防止在使用環(huán)境中應(yīng)力腐蝕開裂，消應(yīng)力熱處理的溫度一般在316-927c之間，至于對材料性能的影響不作考慮。七、熱處理2205的退火溫度一般在1020-1100c并快速冷卻，在1100C附近熱處理時，會讓鐵素體相含量大大增加。八、焊接2205雙相鋼中的鐵素體相和奧氏體相含量基本相同，氧炔焊會讓基材的焊縫和熱影響區(qū)的鐵