雙相不銹鋼是指在它固溶組織中的鐵素體相和奧氏體相約各占一半,一般最少相含量也需要達到30%。因此它兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的性能特點。雙相不銹鋼已廣泛地應用于各工業(yè)領域,諸如紙漿和造紙、陸上和海上的油氣工業(yè)、化學加工工業(yè)、運輸業(yè)(化學品船和槽罐車)、制藥和食品工業(yè)以及建筑業(yè)等。多用制反應容器,各工業(yè)設備和輸送管道等。在大多數(shù)應用中,雙相不銹鋼被認為是具有成本效益的材料,填補了普通奧氏體不銹鋼和高合金奧氏體不銹鋼之間的空白。
(022Cr25Ni7Mo4WCuN)(Zeron100) S27603 / S32760 雙相鋼在20世紀80年代初系用作鑄鋼,代替耐蝕性不足的第二代雙相不銹鋼(00Cr22Ni5Mo2N)2205 雙相不銹鋼。80年代后期開始作為用于管道系統(tǒng)的變形材料,隨后此鋼成為石油天然氣開發(fā)、海水環(huán)境、煙氣脫硫(FGD)、脫鹽、化工等應用領域的重要耐蝕材料。
一、化學成分
(022Cr25Ni7Mo4WCuN)S32760 雙相不銹鋼的化學成分 % | |||||||||||
牌 號 | 碳 | 硅 | 錳 | 硫 | 磷 | 鉻 | 鎳 | 鉬 | 銅 | 氮 | 鎢 |
(Zeron100)UNS S32760 | ≤0.05 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤0.010 | ≤0.030 | 24.0~26.0 | 6.0~8.0 | 3.0~4.0 | 0.50~1.0 | 0.20~0.30 | 0.50~1.0 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN S27603 | ≤0.030 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤0.030 | ≤0.035 | 24.0~26.0 | 6.0~8.0 | 3.0~4.0 | 0.50~1.0 | 0.20~0.30 | 0.50~1.0 |
S32760 雙相不銹鋼除了高鉻、鉬、氮量外還含有少量的鎢和銅。早期作為鑄造合金,加入鎢、銅以改善此合金的鑄造性能,后來才發(fā)現(xiàn)鎢、銅能改善此鋼在某些酸中的耐腐蝕性和在海水中在鈍化的能力。
二、組織特點
此鋼與其他超級雙相不銹鋼相同,在固溶條件下,其顯微組織也是α/γ近于1的雙相結構,但是,自高溫到室溫,包括不正確的熱加工、熱處理和焊接工藝等的冷卻過程中,在此鋼的基體上也會有金屬間相和氮化物析出,在900℃左右停留超過近100s就會有σ、χ、Cr2N等在基體上析出;在約475℃左右停留超過約800秒便會有α相析出。為了防止金屬間相和Cr2N相的析出,在冷卻過程中必須具有足夠的冷卻速度。另外此鋼不適應熱處理和冷卻而產生σ相。
三、力學性能
ASTM A240 標準規(guī)定的力學性能 | ||||
材料 | UNS | σb/MPa | σ0.2/MPa | δs/% |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鍛態(tài) | S32760 | ≥550 | ≥750 | ≥25 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鑄態(tài) | J93380 | ≥450 | ≥700 | ≥25 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相鋼的實測力學性能 | ||||||
板厚/mm | σb/MPa | σ0.2/MPa | δs/% | 硬度(HRC) | 沖擊值(V型)Akv/J | |
20℃ | ’-30℃ | |||||
10 | 874 | 671 | 734 | 42 | 241 | 207 |
12 | 865 | 690 | 737 | 38 | 227 | 227 |
19 | 843 | 647 | 701 | 40 | 211 | 183 |
34 | 853 | 627 | 700 | 32 | 241 | 248 |
四、耐腐蝕性能
1. 全面腐蝕
由于 S32760 雙相不銹鋼中不僅鉻、鉬、氮量高,而且還會有少量的鎢和銅,因而在一些還原性酸介質中耐蝕性優(yōu)良,且優(yōu)于超級雙相不銹鋼 022Cr25Ni7Mo4 和超級奧氏體不銹鋼 00Cr20Ni18Mo6CuN (SAF 254SMO )。一些實驗結果表明,022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相鋼的耐全面腐蝕性在HCl中由于 2507 雙相不銹鋼和 6Mo 超級奧氏體不銹鋼 254SMO;在硫酸中,不僅遠優(yōu)于2%~3%的 2205 和 316L ,而且也優(yōu)于 2507 ; 在商用H3PO4中,還優(yōu)于6Mo型超級奧氏體不銹鋼 254SMO。
2. 晶間腐蝕
由于 S32760 雙相不銹鋼 碳:C≤0.03%且具有α+γ雙相結構,因此其耐晶間腐蝕性能優(yōu)良。在所試驗的條件下還優(yōu)于如 C-276、Inconel 625、G30 等幾種高鎳的耐蝕合金。
3. 應力腐蝕
用海水介質并采用液滴發(fā)法進行應力腐蝕試驗,所得出的此鋼的臨界應力腐蝕溫度(當外加應力為σ0.2的90%時)為70℃見下表
S32760雙相不銹鋼用海水介質進行液滴蒸發(fā)法應力腐蝕(SCC)試驗結果 | |||
試驗溫度/℃ | 應力/MPa | 外加應力σ0.2% | SCC結果 |
110 | 471 | 88 | SCC |
105 | 494 | 92 | SCC |
100 | 494 | 92 | SCC |
90 | 508 | 92 | SCC |
80 | 507 | 92 | SCC |
70 | 518 | 90 | 無SCC |
由于 S32760 雙相不銹鋼不僅具有雙相組織,屈服強度高,而且鉻、鉬、氮含量高,耐蝕性好。因此此鋼的耐氯化物應力腐蝕性能優(yōu)異,在含有氯化物介質的試驗中,316L奧氏體不銹鋼當溫度≥60℃,介質僅0.001%氯化物便會產生應力腐蝕。雖然雙相不銹鋼S32304(SAF 2304) 和 S31803 (SAF 2205)耐應力腐蝕性能要優(yōu)于316L,但卻遠遠低于S32760 雙相不銹鋼,022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼在此試驗條件下不會產生應力腐蝕(不斷裂)。
在酸性環(huán)境中,當在高氯化物(>100000mg/L)時,022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相不銹鋼耐硫化物應力腐蝕的能力取決于氯化物的濃度水平,而在低氯化物濃度時,則取決于硫化物的濃度水平。當PH>4時,此鋼至少耐0.7bar(0.7MPa)硫化氫分壓而不產生SSCC。
4. 點蝕和縫隙腐蝕
幾種不銹鋼在FGD石灰漿液介質中CCT值 ( Cl–50000mg/L ,PH=2 ) | ||
鋼種 | 產品形態(tài) | CCT/℃ |
S32760 | 鍛態(tài) | 75 |
S32760 | 鑄態(tài) | 60 |
Zeron 25 | 鑄態(tài) | 40 |
254 SMO | 鍛態(tài) | 65 |
SAF 2205 | 鍛態(tài) | 35 |
S32760 雙相不銹鋼的臨界點蝕溫度(CPT)雖較 C-276(00Cr16Ni69Mo16W4)為低,但較 904L(022Cr20Ni25Mo4.5Cu)和 316L 為高。下表為,在模擬常規(guī)電廠煙氣脫硫(FGD)的石灰漿液介質中,022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相鋼在鍛態(tài)的臨界縫隙腐蝕溫度(CCT)可達75℃,比超級奧氏體不銹鋼 254SMO(00Cr20Ni18Mo6CuN)還要高出10℃。
5. 磨蝕
在帶有1000mg/L泥沙的酸性鹽水(pH=3.5),以40m/s速度沖刷時,一些不銹鋼的重量損失 | ||||
牌號 | 316L | 22Cr雙相鋼 | 825合金 | S32760 |
失重數(shù)值/mg | 18.5 | 15.5 | 15 | 13 |
從S32760 雙相不銹鋼在煙氣脫硫泥漿泵介質條件下的耐磨蝕試驗結果,可以看出 022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼的耐磨蝕性不僅優(yōu)于 316L ,而且還優(yōu)于第二代雙相不銹鋼 2205 (022Cr25Ni5Mo2N)和 鐵鎳基耐蝕合金 Incoloy 825 。在所試驗的條件下,僅有 22Cr 型雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼 022Cr25Ni7Mo4WCuN 的磨蝕損失并不隨著pH值變化而改變,而且只有 022Cr27Ni7Mo3.5WCuN 鋼的磨蝕損失是最低的。從上述結果可知 ,由于 S32760 超級雙相不銹鋼具有的高強度、高硬度、高耐蝕性,充分證明 022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性。
五、加工性能
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼的冷熱加工性能與 S32750 雙相不銹鋼相似,熱加工時需要適宜的熱加工(成型)溫度和冷卻速度,冷加工(成型)時需要較大的外力,適宜的冷變形量,當大變形量時需要及時進行中間熱處理。
六、焊接性能
022Cr25Ni7Mo4WCuN可采用SMAW、GTAW和SAW方法進行焊接,后感覺線能在0.5 ~1.5KJ/mm,層間溫度在≤150℃,焊后不需熱處理。
不同方法焊接時S32760雙相鋼使用的典型焊接參數(shù) | |||
焊接參數(shù) | GTAWφ2.4 | SMAWφ3.25 | SAWφ3.2 |
電流/A | 80 | 100 | 330 |
電壓/V | 11 | 23 | 32 |
焊接速度 mm*min-1 | 45 | 120 | 450 |
道次數(shù) | 1 | 4 | 填滿 |
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鋼焊縫金屬的質量要求一般要達到:-20℃低溫Ak值為28J,平均值為40J。硬度值為不大于28(HRC),能通過6%FeCl3、35℃檢驗,不產生點蝕,注意需要控制焊縫中鐵素體量為35% ~60%,這樣就能獲得焊接性、成型性、耐腐蝕性和力學性能等均優(yōu)良的綜合性能。
七、熱處理工藝
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼適宜熱處理溫度為1000~1100℃,保溫后快冷,為了防止此鋼的金屬間相的析出,熱處理后的冷卻速率≥5000℃/h。
八、產品應用
022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相不銹鋼主要用于海上石油、天然氣開采,在電站煙氣脫硫、石化工程和化肥工業(yè)中,制造反應器、容器、各種熱交換器以及管線、泵、閥等。