双相不锈钢:性能、标准和应用
双相不锈钢有两个相的组合，铁素体和奥氏体在大约相等的措施。这使他们能够从奥氏体和铁素体不锈钢的优点中受益，从而提高强度，改善可焊性，更高的韧性和抗几种类型的腐蚀。在商业上，由于镍含量较低，它们也比奥氏体不锈钢便宜。
双相不锈钢于1930年在瑞典开发出来，但由于其生产过程非常复杂，直到20世纪70年代才开始商业化生产。炼钢技术的重大进步使得炼钢更容易生产，在现代，钢又重新出现了。然而，它们仍然是一组利用率相对较低的不锈钢，由于其应用的局限性，世界上的使用率仅在1 - 3%之间。
在这篇文章中，你将了解到:
- 双相不锈钢的性能
- 双相不锈钢等级和标准
- 双相不锈钢应用
- 双相不锈钢的未来发展趋势
图1所示。双相不锈钢用于桥梁施工。
双相不锈钢的性能
双相不锈钢的微观结构具有约50%铁素体(体心立方结构)和50%奥氏体(面心立方结构)的晶体结构。这两种相作为稳定的混合物共存，不像两相合金，其中一种相表现为沉淀物。双相不锈钢中的合金元素要么是铁素体(如铬、硅、钼)，要么是奥氏体(如碳、镍、氮)，这意味着它们分别有利于铁素体和奥氏体相的形成。
在高温下，双相钢中相对不稳定的铁素体相转化为不受欢迎的α′(α素体)相，这导致其机械性能下降，如强度和韧性，以及耐腐蚀性。这种现象被称为脆化[1]。发生脆化的最差温度是475度oC;然而，α素数相的产生可能在温度低至300时开始发生oC，这限制了双相钢的最高使用温度。
典型的双相不锈钢比典型的马氏体、奥氏体和铁素体具有更高的屈服强度。然而，由于金属间相的析出开始发生在300以上，它们的工作温度范围很窄oC和脆性的开始，因为他们接近低温[2]。下表列出了一些常见等级的双相不锈钢的选定性能。
表1。所选热处理双相钢牌号的性能(所有值均取在20°C)。
200年平均绩点 |
200年平均绩点 |
200年平均绩点 |
200年平均绩点 |
200年平均绩点 |
|
25% |
25% |
25% |
15% |
20% |
|
770 MPa |
620 MPa |
600 MPa |
800 MPa |
655 MPa |
|
310 |
290 |
290 |
302 |
290 |
|
550 MPa |
450 MPa |
400 MPa |
550 MPa |
450 MPa |
|
1 e-5 1 / K |
1 e-5 1 / K |
1 e-5 1 / K |
1 e-5 1 / K |
1 e-5 1 / K |
|
440 - 502 J/(kg·K) |
440 - 502 J/(kg·K) |
440 - 502 J/(kg·K) |
440 - 502 J/(kg·K) |
440 - 502 J/(kg·K) |
|
13 - 30 W/(m·K) |
13 - 30 W/(m·K) |
13 - 30 W/(m·K) |
13 - 30 W/(m·K) |
13 - 30 W/(m·K) |
双相不锈钢等级和标准
在双相不锈钢发展的早期阶段，只有几个等级，其中最受欢迎的是双相不锈钢爹妈S31803．此后，开始开发新等级，并根据其最终应用确定，可分为两种主要类型:
- 超双工和超双工不锈钢，它们被创造出来是为了在腐蚀性很强的环境中运行，但对它们的强度关注较少
- 精益和标准双相不锈钢，它更侧重于增加强度，并用于轻度腐蚀环境，如结构应用。
这些类别现在由点蚀电阻等效数(PREN)来识别，PREN由基于双相不锈钢的组成。
' PREN = % Cr + 3.3 \times % Mo + 16 \times % N '
下表显示了四个子组。
表2。双相不锈钢子组[3]
类型 |
例子的成绩 |
作文 |
PREN |
|||
Cr % |
倪% |
密苏里州% |
N % |
|||
精益 |
S31500、s32304、s32404 |
至24 |
1 - 5 |
0.1 - -0.3 |
0.1 - -0.22 |
24 - 25日 |
标准 |
, S31803母材S32205 |
研讨会 |
4.5 6 |
2.5 - -3.5 |
0.1 - -0.22 |
到三十五 |
超级双工 |
S32520、s32550、s32750 |
24-29 |
4.5 8 |
2.7 - -4.5 |
0.1 - -0.35 |
> 40 |
Hyper-duplex |
S32707, S33207 |
27 |
6.5 |
5 |
0.4 |
49 |
双相不锈钢应用
由于双相不锈钢的局限性，如较差的成形性和可加工性，以及与铁素体、奥氏体和马氏体不锈钢相比，其高度复杂的冶金生产过程，双相钢主要用于小范围应用。
双相不锈钢的应用考虑到其局限性和优点，但主要应用要求耐腐蚀，如耐点蚀和裂缝腐蚀、耐应力腐蚀、疲劳腐蚀、磨损腐蚀或耐酸性或腐蚀性环境。下面[4]概述了一些常见的工业应用。
纸生产
双相不锈钢比奥氏体和铁素体不锈钢更适合用于造纸加工中含有漂白剂和其他腐蚀性液体的容器的制造。
海水淡化
海水淡化是一种在高温环境下呈现高腐蚀性氯的过程，是对耐腐蚀材料的有力测试。双相不锈钢已成为制造蒸发器的首选材料。由于双相不锈钢具有更高的强度和耐腐蚀性，它们也可以用更薄的截面制成。
石油和天然气
PRE值超过40的双相不锈钢的开发使得制造泵、管道和歧管等需要高抗点蚀和裂缝腐蚀的部件成为可能，这在石油和天然气行业中至关重要。
建设
双相不锈钢用于承重构件的结构，也要求耐腐蚀。典型的应用包括在海水上建造桥梁或靠近海洋的结构。
食物及饮料贮存
精益双相钢在食品和饮料的商业储存过程中显示出希望，因为它们相对较低的成本，同时保持优异的耐腐蚀性和强度。
图2。低空海桥由于耐腐蚀性能好，一般选用双相不锈钢。
双相不锈钢的未来发展趋势
到目前为止，新等级的双相不锈钢仍在开发中。这一努力的主要驱动力是进一步提高抗点蚀性，这主要是通过增加铬、钼和氮等关键合金元素来实现的。这些增加的合金元素的优点也带来了缺点，主要是铁素体相的不稳定，导致不必要的析出。面临的挑战是在主要由提高点蚀耐蚀性导致的理想性能与限制不理想的金属间相(如Cr)的产生之间取得平衡2N经过非常精确的热处理。双相钢SAF 2707 HD, 27Cr-7Ni-5Mo-0.4N，其pre数接近50，这对未来的双相钢[5]是有希望的。
来源
[1]塔奇耶娃，a.b.，洛卡-伊森，N.，卡布雷拉，j.m.(2019)。双相和超双相不锈钢:表面改性工艺的组织和性能演变。金属学报，9(3)，347。
[２]https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/ISSF_Duplex_Stainless_Steels.pdf
苏尼尔·d·卡哈尔博士。Int。工程研究与应用杂志www.ijera.com．ISSN: 2248-9622, Vol. 7, Issue 4， (Part -4) 2017年4月，pp.27-36
[4]国际钼协会。(2009)。双相不锈钢制造的实用指南。英国，伦敦，1-64。
[5]尼尔森,j . O。柴,G。,& Kivisakk,美国(2007年)。双相不锈钢的最新发展。CEDINOX-Stainless钢。瑞典:山特维克材料技术研发中心。从检索http://www.cedinox.es/opencms901/export/sites/cedinox/.galleries/publicaciones-tecnicas/13-DUPLEX-SSSM_proceedings08_EN-5.pdf