材料知识:你知道双相不锈钢的性能为什么这么优异吗

发表于 讨论求助 2018-10-21 08:22:07

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双相不锈钢(Duplex Stainless Steel,简称DSS),指铁素体与奥氏体各约占50%,一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。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。



1、不锈钢为什么不会生锈?


不锈钢的耐腐蚀性能一般随着铬含量的增加而提高,当钢中的铬含量Cr≥12%,会在钢的表面形成一层非常薄,但很致密的氧化膜(通称钝化膜),保护基体不再被氧化或腐蚀,不锈钢因此具有优良的耐蚀性能。




2、双相不锈钢的组成


双相不锈钢(Duplex Stainless Steel,简称DSS),指铁素体与奥氏体各约占50%,一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。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。


图:双相不锈钢的组成



图:双相不锈钢的微观组织


3、双相不锈钢的分类


第一类属低合金型代表牌号UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N),钢中不含钼,PREN值为24-25,在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用。


第二类属中合金型,代表牌号是UNS S31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PREN值为32-33,其耐蚀性能介于AISI 316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。


第三类属高合金型,一般含25%Cr,还含有钼和氮,有的还含有铜和钨,标准牌号UNSS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PREN值为38-39,这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢。


第四类属超级双相不锈钢型,含高钼和氮,标准牌号UNS S32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),有的也含钨和铜,PREN值大于40,可适用于苛刻的介质条件,具有良好的耐蚀与力学综合性 能,可与超级奥氏体不锈钢相媲美。


4、双相不锈钢 VS 奥氏体 & 铁素体不锈钢


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。


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,在一些介质中,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,不像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。
5、双相不锈钢的应用


双相不锈钢不管是在高度腐蚀环境还是在不锈钢结构的工程材料方面都是一种万能的材料。其用途包括: 

● 造纸工业;

● 化学和石油化学工业;

● 湿法冶金; 

● 有机酸和苛性碱介质; 

● 污染控制设备; 

● 化学品贮槽; 

● 海上和海岸应用; 

● 酿酒厂的管道装置; 

● 建筑物。




结 语
通过对双相不锈钢本身性能的改进及结合新工艺,使双相不锈钢与碳钢、低合金钢的金属复合材料复合,从使用安全及节约材料着眼,无疑双相不锈钢复合材料是发展方向之一;利用双相不锈钢的高强度及高耐磨蚀的性能,开发出含铜的高钼双相不锈铸件,对于解决动部件(如大型泵体、叶轮、搅拌浆等)所针对某些特殊介质条件将会成为新材料;同时双相不锈钢在环保节能等方向将有更大的应用前景。


来源:检验在线 直观学机械


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