材料 双相不锈钢综述

1我国双相不锈钢生产与使用综述我国双相不锈钢生产与使用综述...........................................................................................11.双相不锈钢的定义...........................................................................................................22.双相不锈钢的特性与优势...............................................................................................23.双相不锈钢的主要代表牌号...........................................................................................34.双相不锈钢的发展动向...................................................................................................45.中国双相不锈钢的发展概况...........................................................................................46.中国双相不锈钢的应用业绩...........................................................................................5我国著名不锈钢专家、钢铁研究总院的吴玖教授去年在“2003年北京国际双相不锈钢大会”上介绍了我国双相不锈钢生产与使用的情况。双相钢产生已有八十年历史，但在冶炼与深加工方面的困难一直限制着它的生产与应用，直到上世纪七十年代精炼技术的发展才逐步解决了上述问题。2002年世界上双相不锈钢的产量只占总产量的1％，但它的增长率却高达17％，大大高于其它钢种的增长速度。可以说双相不锈钢在世界上仍属于刚刚起步的“新材料”。我国双相不锈钢的普及非常迅速，1999年国内双相钢的消费量约2000吨，到了2002年就达到4000吨，其中大部分依靠进口。如南京、镇海、天津、济南等炼化公司将双相钢用于常减压蒸馏塔顶衬里、塔内构件、空冷器和水冷器等部件；国内一些甲醇合成反应器的触媒管以及尿素生产中使用的热交换设备与甲铵泵泵体都采用双相钢；在运输方面，中国长江航运集团青山船厂采用欧洲建造标准，使用进口双相钢板，自行制造成功第一艘18500吨化学品船，已出口比利时。西气东输工程的塔里木盆地集气管线也考虑使用双相不锈钢焊管，初步计划用量在3000吨左右。双相钢的应用范围不止这些。例如在制盐方面，20-30万吨制盐厂的大型盐水芒硝蒸发罐采用了双相不锈钢的衬里和复合板，解决了设备结盐垢和腐蚀问题，最长的已有10年的使用历史；在建筑领域，在滨海城市雕塑景观和民用容器等方面还有广阔的应用前景。我国自七十年代中期开始开发含氮的双相不锈钢，目前已开发五个牌号，其中低铬钢种被列为国标。总体来说，中国仍处于国外的第二代的水平。在双相钢的研究与开发方面，钢铁研究总院、太原钢铁集团公司与宝钢集团上钢三厂做了大量的工作，目前太钢与上钢三厂已具备批量生产某些牌号双相钢的能力。例如三峡工程的通水管线使用的就是太钢生产的不锈钢复合管，外壁为普通的低碳钢板，内壁为双相不锈钢板。此外，一些民营企业，如浙江天宝公司也具备了冶炼生产双相钢的能力。针对目前双相不锈钢在生产与应用方面存在的问题，吴教授提出了几点建议：一、通过多种宣传手段广为介绍宣传；二、加速超级双相钢的科研和生产试制工作；三、促进发展双相钢的生产与制造业，扩大双相钢板尤其是热轧板的生产；四、加强对双相不锈钢焊接技术的普及和配套焊接材料的研制；五、在修订国标时考虑双相不锈钢的纳标和修订；六、大力开拓双相不锈钢的工业与民用潜在市场。21.双相不锈钢的定义所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量也需要达到30%。2.双相不锈钢的特性与优势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DSS兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（1）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。（2）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。（3）在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。（4）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。（5）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。（6）不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：（1）应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。（2）其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。（3）存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（1）综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。（2）除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。（3）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。（4）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。（5）应用范围较铁素体不锈钢宽。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。3综上所述，可以概括地看出DSS的使用性能和工艺性能的概貌，它以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。3.双相不锈钢的主要代表牌号DSS一般可分为四类:低合金型--代表牌号是UNSS32304（23Cr-4Ni-0.1N）PREN值24～25中合金型--代表牌号是UNSS31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,PREN值32～33高合金型--标准牌号有UNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N）,PREN值38～39超级双相不锈钢型--标准牌号有UNSS32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）,PREN值＞40(※PREN耐孔蚀指数PREN=Cr%+3.3×Mo%+16×N%)低合金型UNSS32304不含钼,在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用.中合金型UNSS31803的耐蚀性能介于AISI316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间.高合金型,一般含25%Cr,还含有钼和氮,有的还含有铜和钨,这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢.超级双相不锈钢型,含高钼和氮,有的也含钨和铜,可适用于苛刻的介质条件,具有良好的耐腐蚀与力学综合性能,可与超级奥氏体不锈钢相比美.代表牌号的主要化学成分━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━类型UNS牌号化学成分,%---------------------------------------------------------------------------------------CCrNiMoCuN低合金型S32304≤0.032340.05/0.20中合金型S31803≤0.0322530.08/0.20中合金型S32205≤0.0322530.14/0.20高合金型S325500.04256320.10/0.25超级DSSS32750≤0.0325740.24/0.32━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━从表中可以看出:S32205是由S31803派生出的钢种,在ASTMA240/240M-99a标准中是在1999年才纳标的,它的Cr、Mo和N元素的区间都比较窄,容易达到相的平衡(即两相约各占一半),改善了钢的强度,耐腐蚀性和焊接性能,多用于性能要求较高和需要焊接的材料,如油气管线等.44.双相不锈钢的发展动向值得关注的是低合金含锰双相不锈钢的开发.近十年来有关国家如美国,南非等研究以锰代镍双相不锈钢的开发,但除铸件外,所开发的新钢种多具有介稳的奥氏体,藉冷变形后马氏体的转变提高强度,很难作焊接件使用,也很难适应某些环境,例如会产生应力腐蚀的环境,这样使用很局限.近年瑞典开发的低锰低镍双相不锈钢则比较成熟,目标明确,为了节镍以取代用途很广的304,甚至可能代替价格与304相当,目前使用并不广的2304双相不锈钢,具有实际推广的价值,值得注意.瑞典AvestaPolaritAB开发的LDX2101双相不锈钢(21.5%Cr,5%Mn,1.5%Ni,0.22%N),由于提高了钢中的氮,获得了稳定的奥氏体,相的平衡与组织稳定性都较好,对金属间相的析出不敏感,在析出最敏感的温度650℃,保温10h后的冲击值才降至50J，其组织稳定性较2205钢好。该钢的强度高，耐腐蚀性与304相当，可焊接，其寿命周期成本较奥氏体不锈钢低.LDX2101钢已进行工业试制,在AOD/CLU炉精炼后进行连铸,生产长材铸胚和板胚,只是目前尚未大量推广应用，鉴于它具有较好的综合性能，潜在的用途范围很宽，尤其用作结构件很有前途，例如可代替2205双相不锈钢用作桥梁结构，还可用制混凝土中的钢筋，解决在有氯离子污染环境中材料的腐蚀问题,此外，还可取代304和316钢制造容器、塔器、热水贮罐和加热器等。从世界不锈钢的消耗量来看,双相不锈钢只占很少的份额,它的价格还是较高的,从价格比来看:若304,304L为1,则316L为1.3,而2205则为1.6,说明要想增加双相不锈钢的市场份额,应当有更廉价的,能与应用最普遍的304(304L)钢相竞争的新钢种还是有价值的,当然这方面还有许多工作要做.值得一述的还有含锰超级双相不锈钢的开发,在德国开发了含25%Cr,6%Mn,6%Ni,3%Mo,2%W和～0.5%N,还有Cu的高合金铸钢,该钢靠固溶强化,σ0.2可达到550MPa,比含0.15%N的类似钢种高出近70MPa,临界孔蚀温度(CPT)达到70℃,耐磨损腐蚀性能好.在奥地利也开发了BOA920(26%Cr,7%Ni,3%Mn,4%Mo,0.35%N)超级双相不锈钢,PREN值达45,σ0.2为～600MPa,AK为100～200J,适合用制小尺寸高速运转的部件.这两种钢目前还处于试验室阶段.这两种钢都是靠加入锰提高了氮的溶解度,由于合金含量高,组织稳定性相对较低,容易析出脆性相5.中国双相不锈钢的发展概况在国外经过几代双相不锈钢的发展和完善，至今已有包括超级双相不锈钢在内的系列牌号。双相不锈钢己是一个成熟的，能与马氏体、铁素体、奥氏体不锈钢并列的钢类。发展到今天，国外的双相不锈钢无论从生产、加工制造及应用角度来看，技术上已然比较成熟，作为一种性能优良，又能节省投资的工程材料在一些用途上取代了普通的奥氏体不锈钢，应用领域十分广泛。尽管世界双相不锈钢的年产量不是很高，只占世界不锈钢产量的1％，但随着双