不锈钢中的双相不锈钢

双相不锈钢正变得越来越普遍,而且它的使用范围也是相当广泛。而且由于种种原因,那些主要的不锈钢工厂都在生产供应这个产品。

不锈钢中的双相不锈钢

  • 强度更强,重量更轻
  • 更大的耐腐蚀性,尤其是它的应力腐蚀开裂
  • 价格相对更稳定
  • 性价比高

每年举行的关于双钢的论坛有许多,人们对双钢抱有巨大的好奇与热情。但是,尽管如此,双相不锈钢的全球市场份额占比,最好的估计,也只在1%到3%之间。以下会介绍一些双相不锈钢的优点与缺点。

双相不锈钢的原理

双相不锈钢的理念可以追溯到20世纪20年代,第一个双钢是1930年在瑞典的Avesta制造的。然而,仅仅在过去的30年里,双钢已经开始以一种重大意义的方式“起飞”。这主要是由于炼钢技术的进步,特别是对氮含量的控制。

标准的奥氏体钢如304(1.4301)和像430这样的铁素体钢,相对更容易制造和装配。正如它们的名字所意指的,它们主要由单相的奥氏体或铁素体组成。尽管这些类型适用于各种各样的应用程序,但这两种类型都有一些重要的技术弱点:

奥氏体—低强度(200mpa 0.2%的溶液退火状态),低耐应力腐蚀开裂。

铁素体—低强度(略高于奥氏体,250mpa 0.2%),粗的可焊性很弱,低温韧性差。

此外,奥氏体类型的高镍含量导致价格波动较多,这对许多终端用户来说是不能够接受的。

双相不锈钢的基本概念是产生一种化学成分,使铁素体和奥氏体的混合物大致相等。这两个阶段的平衡提供了以下内容:

  • 更高的强度。当前双相不锈钢的成绩0.2%PS的范围是400-550MPA,这样可以通过减少截面厚度,从而减少重量。这种优势利用的有—-压力容器如储罐、结构应用的有桥梁等等。
  • 更厚的截面,有良好的可焊接性。虽然不像奥氏体那么简单,但是比铁素体好很多。
  • 良好韧性,比铁素体低温,特别是到零下50摄氏度,伸展到零下80摄氏度的时候。
  • 抗应力腐蚀破裂—-标准奥氏体钢特别容易出现这种类型的腐蚀。利用这种优势的一些很重要的应用包括:热水箱、酿造罐、制炼厂、游泳池的结构

奥氏体/铁氧体如何实现平衡?

不锈钢中重要的成分可以分为铁素体和奥氏体,每个元素都有利于一个结构或另一个。

430级有一个铁素体的优势,铁素体在结构中也是如此。304级能成为奥氏体,主要通过使用约8%镍。为了达到每一阶段大约50%的双钢结构,必须在奥氏体和铁素体之间保持平衡。这就解释了为什么双钢的镍含量通常低于奥氏体。

应力腐蚀开裂(SCC)

SCC是一种由多种因素组合而成的腐蚀形式:

  • 拉伸张力
  • 腐蚀环境
  • 足够高的温度。正常情况下,在特定的环境下,特别是游泳池,可以在25度左右的温度下发生。

不幸的是,标准的奥氏体钢如304(1.4301)和316(1.4401)是最容易受SCC影响的。下面的一些材料一般不容易出现SCC:

  • 铁素体不锈钢
  • 双相不锈钢
  • 高镍奥氏体不锈钢

由于对SCC的抵抗力,是的双相不锈钢能够适应许多在高温下允许的应用,这也是最大的因素,但是值得注意的是:

  • 热水锅炉
  • 酿造罐
  • 海水淡化处理

众所周知的,游泳池的不锈钢结构非常容易出现SCC现象。在此应用程序中禁止使用标准的奥氏体不锈钢,如304和316不锈钢。能够用于游泳池的最好的钢是高镍奥氏体钢,比如6%的钼。然而,在某些情况下,也可以考虑2205(1.4462)和超双相不锈钢等级的。

使用双相不锈钢过程中的障碍

高强度、广泛耐蚀性、适度可焊性等特点,真的是非常有吸引力的组合,似乎也为增加双相不锈钢的市场份额提供了巨大的潜力。然而,重要的是,还需要了解双相不锈钢的局限性,以及为什么它们总是可以成为“利基市场参与者”。

高强度的优点在考虑成形和机械加工的时候会显得很不利。高强度也有比奥氏体等级更低的延展性。因此,任何需要高度的形式化能力的应用,例如,一个水槽,就被排除在双相不锈钢之外。即使是适当的延性,也需要更高的力来形成材料,例如管子弯曲的时候。只有一个例外,即较差的机械加工能力,等级为1.4162。

双相不锈钢的冶金要比奥氏体或铁素体复杂得多。这就是为什么三天的会议讨论,都可以专注于双相不锈钢的原因。这一因素意味着在工厂生产和制造这些产品变得更加困难。

除了铁素体和奥氏体,如果没有正确的处理方法,祛除一系列不需要的阶段,双相不锈钢也可以形成,尤其是热处理。

在生产或焊接过程中冷却速度不够快时,最可能发生sigma相的形成。钢的合金化程度越高,sigma相形成的概率也就越高。因此,超双钢最容易出现这个问题。

475度脆化的形成是由于一个称为α′(α’)的阶段。虽然最糟糕的温度是475 deg C,但它仍然可以在温度低到300度的温度下形成,这就导致了对双钢的最高温度的限制。这种限制进一步降低了应用程序的潜在范围。

在天平的另一端,与奥氏体等级相比,双相不锈钢的低温使用是有限制的。不像奥氏体钢,双相不锈钢在冲击试验中表现出了延性脆性的转变。一个典型的测试温度是- 46 deg C,用于海上石油和天然气的应用,负80度的deg C是双相不锈钢通常会遇到的最低温度。


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