超級不銹鋼主要是指超級鐵素體不銹鋼(高鉻量、高鉬量,且耐點蝕當量值≥35),超級奧氏體不銹鋼(高鉻量、高鉬量、高氮量,且耐點蝕當量值≥40)及超級雙相不銹鋼(耐點蝕當量值≥40)。它們的耐腐蝕性能,特別是耐點蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕性能遠優于原有不銹鋼,并填補了長期以來不銹鋼(鐵基耐蝕合金)與高鎳(鐵鎳基和鎳基)耐蝕合金之間沒有高耐蝕性不銹鋼的空白。主要應用于石油、化工、石化、機械、能源(燃煤、燃油電廠和核電以及陸地、海洋深井和超深井油氣田開發等)、工業以及環保(如煙氣脫硫)、海洋開發(海水淡化、海洋工程)等領域中,大型裝置和關鍵裝備、構建、件等。
015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、654 SMO 不銹鋼是在(00Cr20Ni18Mo6CuN) 254SMO 不銹鋼的基礎上提高鉻、鎳、鉬含量二發展的一種 7Mo型超級奧氏體不銹鋼。654SMO不銹鋼的PRE值(耐點蝕當量值)高達55.鋼中含氮量可達約0.5%,這幾乎是高鉻(約24%)、低錳(約3%)不銹鋼在常壓下最高的固溶氮量。654SMO 不銹鋼耐各種類型腐蝕的性能優異,在許多介質中可以代替鐵鎳基,甚至鎳基耐蝕合金,從而填補了不銹鋼和高鎳耐蝕合金之間沒有高耐點蝕、高耐縫隙腐蝕不銹鋼的空白。
一、化學成分和組織特點
015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、654 SMO 不銹鋼是所謂 7Mo超級不銹鋼中的主要牌號之一,從其化學成分可知,借加入3%錳以提高鋼中含氮量并與高鉻、鎳、鉬相結合使此鋼的PRE值達到約55 ,此值不僅優于所有含鉬6%的超級奧氏體不銹鋼,而且也超過現有超級鐵素體不銹鋼和超級雙相不銹鋼。雖然鋼的PRE值并不能完全代替鋼的性能,但可以預期此鋼會具有較高的耐蝕性,特別是耐點蝕和耐縫隙腐蝕等性能。在此鋼的化學成分中值得注意的是其含硫量要求≤0.005%,遠低于其他錳>2%的超級奧氏體不銹鋼,其目的是防止劉華美夾雜物的形成,降低鋼的耐蝕性。
(00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN)S32654不銹鋼的化學成分 % | ||||||||||
牌號 | 碳 | 硅 | 錳 | 磷 | 硫 | 鉻 | 鎳 | 鉬 | 銅 | 氮 |
00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN UNS S32654 / 654 SMO | ≤0.02 | ≤0.50 | 2.0~4.0 | ≤0.03 | ≤0.005 | 24.0~25.0 | 21.0~23.0 | 7.0~8.0 | 0.30~0.60 | 0.45~0.55 |
015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、654 SMO 不銹鋼固溶態具有單一的奧氏體組織,與 6%Mo 型超級奧氏體不銹鋼相同。由于此鋼屬于 7%Mo 型鋼且鋼中鉻、鉬、氮含量均很高,因此,當熱加工、熱成型和熱處理、焊接等工藝不適當時,更易有金屬間相和Cr2N等在基體上沉淀,從而損害鋼的各種性能,特別是塑、韌性和耐蝕性。
二、力學性能
(00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN)654SMO不銹鋼的力學性能 | |||||
牌 號 | 力 學 性 能 | ||||
σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 沖擊功/J | ||
20℃ | -196℃ | ||||
(00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN)654SMO不銹鋼 | ≥750 | ≥410 | ≥40 | 250 | 125 |
(00Cr20Ni18Mo6CuN)254SMO不銹鋼 | ≥650 | ≥310 | ≥35 | 一 | 一 |
(00Cr17Ni12Mo2) 316L不銹鋼 | ≥490 | ≥170 | ≥45 | 一 | 一 |
(0Cr22Ni60Mo9Nb4) Inconel625合金 | ≥830 | ≥415 | ≥35 | 一 | 一 |
(00Cr16Ni60Mo16W4) Hastelloy C-276合金 | ≥750 | ≥310 | ≥30 | 一 | 一 |
654SMO / S32654不銹鋼固溶態具有優良塑、韌性和高于普通奧氏體和6%Mo型奧氏體不銹鋼的強度性能,其力學性能甚至可與一些鎳基耐蝕合金相媲美。
三、耐蝕性能
1. 全面腐蝕
654SMO不銹鋼耐蝕性不僅優于304、316、和904L,在 HCl 和 HF 酸中還優于 254SMO 。
2. 點蝕和縫隙腐蝕
654SMO不銹鋼的耐點蝕性能、耐縫隙腐蝕性能不但優于6%Mo型超級奧氏體不銹鋼和(022Cr25Ni7Mo4N)2507 超級雙相不銹鋼,而且優于所試驗的 Inconel 625 和 Hastelloy C-276 等耐蝕合金。
3. 應力腐蝕
采用液滴蒸發法進行應力腐蝕試驗,從所取得的結果可以看出,在所試驗的條件下,當外加應力達到 σ0.2時,654 SMO 不銹鋼才有可能產生應力腐蝕斷裂。其他牌號報告254 SMO 不銹鋼和 2507 超級雙相不銹鋼在內的耐應力腐蝕性能均低于 S32654不銹鋼,有些牌號(316 2205)還是遠遠低于 00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN。
4. 實際介質中的耐蝕性
在造紙廠紙漿漂白工序中,存在著用氯氣的“C”段和二氧化碳的“D”段以及二者相結合作為漂白化學劑的非常苛刻的腐蝕環境。通過模擬“C”段介質條件的腐蝕試驗所取得的結果,可以看出 654 SMO 不銹鋼的耐蝕性明顯優于 254 SMO 和鎳基耐蝕合金 Inconel 625 和 Hastelloy C-276 。
四、冷熱加工性能
654SMO 不銹鋼是超級奧氏體不銹鋼中合金元素含量最高的牌號之一,由于鋼中的鉻、鉬、氮含量高,此鋼的熱塑性低,高溫強度又高,因而熱加工性能相對較差,易出現熱裂紋,特別是邊裂。此鋼的冷加工和冷成型,優于此鋼易于冷加工硬化,因此一次冷變形不宜太大,以≤15%為宜。
五、焊接性能
S32654 超級不銹鋼焊接性能尚好,可采用奧氏體不銹鋼所采用的焊接方法進行焊接。手工電弧焊時,推薦采用P16焊條(P16 含24%鉻,60%鎳,15%鉬)。
六、熱處理工藝
015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、654 SMO 不銹鋼的適宜熱處理工藝為 ≥1150℃加熱保溫后快冷。
七、材料應用
015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN、654 SMO 不銹鋼具有高強度且塑、韌性優良,在許多強腐蝕性介質中,此鋼的耐全面腐蝕和耐局部腐蝕的性能不僅優于現有的 6%Mo 型超級奧氏體不銹鋼以及超級雙相不銹鋼,而且此鋼的耐局部腐蝕性能還常常近于或優于一些著名的高鉻、鉬鎳基耐蝕合金。 015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN 不銹鋼多用于化工、海水、造紙工業和煙氣脫硫(FGD)等煙氣凈化環境中所使用的設備、構件、容器、熱交換器和管線。