雙相不銹鋼性能特點及在各行業中的應用

所謂雙相不銹鋼是在其固淬組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半，一般最少相的含量要達到30%的不銹鋼。雙相不銹鋼是在18-8奧氏體不銹鋼的基礎上，提高Cr含量或者加入其他鐵素體元素形成的，不僅具有奧氏體加鐵素體雙向組織，而且節約了Ni合金。由于雙向不銹鋼兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，雙相不銹鋼能夠兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優點。雙相不銹鋼由于奧氏體的存在降低了高Cr鐵素體的脆性和晶體長大的傾向性，又保持了優良的韌性和焊接性能;而鐵素體的存在又提高了奧氏體的屈服強度、抗晶間腐蝕的能力和耐氯化物應力腐蝕能力。

　　雙相不銹鋼的優點

　　與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優勢如下：

　　(1)屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造的儲罐或壓力容器的壁厚比采用普通奧氏體減少30%~50%，有利于降低成本。

　　(2)具有優異的耐應力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環境中。應力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問題。

　　(3)在許多介質中應用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優于普通的316L奧氏體不銹鋼，而超級雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，在一些介質(如醋酸、甲酸)中甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。

　　(4)具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當的奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的耐磨損腐蝕和耐疲勞腐蝕性能都優于奧氏體不銹鋼。

　　(5)比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產復合板或襯里等。

　　(6)不論在動載或靜載條件下，雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對結構件應付突發事故如沖撞、爆炸等有實際應用價值。

　　與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優勢如下：

　　(1)綜合力學性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不像鐵素體不銹鋼那樣對脆性敏感。

　　(2)除耐應力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優于鐵素體不銹鋼。

　　(3)冷加工工藝性能和冷成型性能遠優于鐵素體不銹鋼。

　　(4)焊接性能也遠優于鐵素體不銹鋼，一般焊前無須預熱，焊后無須熱處理。

　　(5)應用范圍比鐵素體不銹鋼寬。

　　雙相不銹鋼的缺點

　　與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢有：

　　其一，應用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，耐熱性較低，其使用溫度須控制在300℃以下。

　　其二，塑韌性比奧氏體不銹鋼低，冷加工比奧氏體不銹鋼的加工硬化效應大，在管、板承受變形初期，須施加較大的力才能變形，使管、板產生的內應力大。含25%Cr的雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼熱加工困難。

　　其三，存在中溫脆性區，必須嚴格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現，損害性能。

　　與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢是：合金元素含量高，價格相對高，一般鐵素體不含Ni。

　　雙相不銹鋼的分類和牌號

　　截至目前，雙相不銹鋼的發展經歷了三代，目前世界各國均有其牌號。典型的雙相不銹鋼可分為四類：

　　第一類屬低合金型，代表牌號是UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1N)，鋼中不含Mo，耐點蝕當量PRE值為24~25，在耐應力腐蝕方面可代替AISI304(0Cr18Ni9)或316(OCr17Ni12Mo2)使用。

　　第二類屬中合金型，代表牌號是UNSS31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N)，PRE值為32~33，它的耐蝕性能介于AISI316L(OOCr17Ni14Mo2)和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。

　　第三類屬高合金型，一般含25%Cr，還含有Mo和N，有的還含有Cu和W，標準牌號有UNSS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N)，PRE值為38~39，這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。

　　第四類屬超級雙相不銹鋼型，含高Mo和N，標準牌號有UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N)，有的也含W和Cu，PRE值大于40，可用于苛刻的介質條件，具有良好的耐蝕與力學綜合性能，可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。

　　雙向不銹鋼的應用

　　雙相不銹鋼以獨有的優勢廣泛應用于各個工業領域。

　　紙漿和造紙工業

　　紙漿和造紙工業是最早使用雙相不銹鋼的加工工業。使用雙相不銹鋼代替304和316奧氏體不銹鋼制成的硫酸和亞硫酸蒸煮鍋，提高了蒸鍋的耐腐蝕能力和強度，同時壁厚減少很多，降低了蒸鍋的總重量。

　　化學加工業

　　化學加工業所涉及的范圍非常廣，工況也較為復雜。保存工業濕法磷酸的儲槽，通常用316L或317L奧氏不銹鋼來制造，但壁很厚。采用2205雙相不銹鋼，強度幾乎高出316L和317L一倍，且能減少壁厚，從而減少儲槽的重量和費用。同時，在工業硫酸環境中，特別是在含有氯離子的情況下，2205雙相不銹鋼的耐局部腐蝕能力比奧氏體不銹鋼更好。

　　食品和飲料工業

　　食品和飲料工業生產一般在含氯離子的熱溶液中進行加工。雙相不銹鋼在耐應力腐蝕破裂方面具有獨特的優勢。因此，根據使用環境的不同，可選用不同雙相不銹鋼，而且在總費用上也比奧氏體不銹鋼占優勢。

　　運輸業

　　由于雙相不銹鋼的高強度和優良的耐腐蝕性能，其在用于制作化學品船時有很大的優勢，減輕了船的重量，降低了燃料的消耗。在這方面，使用最多的是22%Cr雙相不銹鋼。此外，還可滿足所載貨物需要材料的耐腐蝕性能。

　　建筑業

　　在沿海地區，空氣中充滿了從海水蒸發出來的海洋大氣，其中氯離子濃度要比內陸的空氣高得多，因此需要耐海水腐蝕的材料。雙相不銹鋼的耐腐蝕正具有這一優勢，而且其高強度還可減輕重量。目前，有許多海上石油平臺采用雙相不銹鋼來制造防爆墻。

　　石油化工工業

　　石油化工和化學工業腐蝕環境的特征是反應溫度較高，介質中常含有高濃度或中等濃度的氯化物，容易誘發不銹鋼的應力腐蝕斷裂。因此，這一領域中不僅需要雙相不銹鋼，更多的還要使用超級雙相不銹鋼。

　　煉油工業是使用雙相不銹鋼較多的領域之一，主要用在常減壓蒸餾、催化裂化加氫脫硫等裝置，國內外都有使用。另外，雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產中用量逐漸增多，主要用作生產管襯里、岸上和近海的管道系統以及熱交換器。

　　此外，雙相不銹鋼還成功地應用在廢水處理換熱器、熱水管、熱水器中。

　　結語

　　雙相不銹鋼經過三代的發展和完善，從生產、加工制造和應用來看，在一些用途上已取代了奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼以其優越的力學與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞，已成為既減輕重量又節省投資的優良的耐蝕工程材料。尤其是近年來超級雙相不銹鋼也逐漸步入市場，為擴大雙相不銹鋼的選用和新鋼種的開發進一步創造了條件。