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导语 双相不锈钢因其特殊的组织结构，同时具有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特性。与前者相比，它韧性好、耐晶间腐蚀性能优异、焊接性能良好；与后者相比，其强度、耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐疲劳腐蚀等性能都显著提高。因此，双相不锈钢被广泛应用于海岸平台、油气生产、化学容器、造纸工业工业领域等。 双相不锈钢·介绍 组织中主要含有铁素体的不锈钢称为铁素体不锈钢，如图l-l(a)所示；组织中主要含有奥氏体的不锈钢称为奥氏体不锈钢，如图l-l(b)所示；组织中同时含有铁素体和奥氏体，且两相的含量各约占50%，这种不锈钢称为双相不锈钢，如图l-l(c)所示。 双相不锈钢铸件的显微结构是沉淀的奥氏体相分布在铁素体基体上，双相源于这种钢材具有平衡的铁素体相和奥氏体相显微结构。相的平衡可以通过合金成分来控制，铁素体平衡元素为Cr、Mo和Si；奥氏体平衡元素为Ni、C、Cu、Mn和N。 人们于20世纪30年代开始对双相不锈钢进行研究，并取得了一系列成果。从1935年法国人首先申报成功一个双相不锈钢专利开始，经过科研人员几十年的努力，双相不锈钢的研宄取得了重大突破,其发展大致经历了三代。 美国40年代生产的以329钢为代表的第一代双相不锈钢，该钢材高含Cr和Mo，耐蚀性能良好；第二代双相不锈钢为含N不锈钢,其典型代表是18Cr型、22Cr型以及25Cr型；第三代双相不锈钢是80年代发展的超级双相不锈钢，其特点是含碳量很低，高含Mo和N，具有优异的抗腐蚀性能。 双相不锈钢的元素组成：Cr：20%~29%；Ni：1%~7% ；Mo：1%-4%；N：0.15%0-0.25%。按照元素类型划分，双相不锈钢可分为Cr-Ni和Cr-Mn-N两个系列。不过，目前市场上销售的双相不锈钢是Cr-Ni系。 双相不锈钢·组成成分 材料的化学成分和微观组织结构决定了材料的性能。双相不锈钢微观组织主要是铁素体和奥氏体，还包括其它微观结构，如χ相、σ相、碳化物和氮化物等。下面从材料的微观组织结构方面对2205双相不锈钢进行评价。 2205双相不锈钢的化学成分 实验中用到的所有试样来自同一供货状态(冷拔/轧)下的2205双相不锈钢，它主要化学成分如表2-1所示。从表中可以看出，Cr、Mo、Ni等元素是2205双相不锈钢中的主要合金元素，这也是其耐腐蚀性能优异的主要原因；其次含有Si、N等合金元素，其中C、S、P等元素含量极低。 2205双相不锈钢组织分析 1.金相分析 将2205双相不锈钢加工成的小片状试样后进行镶样，随后用200#、400#、600#、800#、1000#、3000#、5000#、7000#的水砂纸逐级打磨，然后在抛光机上抛光，除油吹干后用 Murukanmi 溶液进行化学侵蚀。温度为85℃，时间3~5min，侵蚀后迅速用清水冲洗干净，吹干后在XJG-05型光学显微镜下观察其组织形貌,并拍摄记录。 对试样进行镶嵌、打磨、抛光、侵蚀工序后在光学显微镜下观察其组织如图2-1所示。由图2-1可以看出，2205双相不锈钢的组织为铁素体(α和奥氏体(γ)组织，且两相均勾相间分布，基本上没有其它析出相。说明该2205双相不锈钢避免了析出相的产生，这对其腐蚀性能来说是有益的。 利用定量金相分析软件image pro plus对两相含量进行定量分析，定量计算时选取500倍较清晰的图片5张,然后求平均值，分析得出该2205双相不锈钢铁素体和奥氏体的含量分别为49.2%和50.8%，两相的比例接近1 ：1。 2.XRD分析 使用DX-2700SSC型X射线衍射仪(采用Cu阳极靶，扫描范围2θ在30°~90°,扫描步长0.03，工作电压为40kV，工作电流为30mA)，对2205双相不锈钢进行物相的定性分析。 图2-2表示2205双相不锈钢的XRD图谱。从图中可以看出，双相不锈钢具有体心立方结构的铁素体α相在(110)、(200)及(211)晶面产生较强的衍射峰；具有面心立方结构的奥氏体γ相在(111)、(200)及(220)晶面产生较强的衍射峰，并没有明显的其它析出峰出现。这就表明2205双相不锈钢由铁素体和奥氏体相组成，并没有其它析出相或者析出相的含量比非常少的缘故，这与金相分析结果一致。
双相不锈钢·显微结构
在退火条件下，许多加工后的双相不锈钢的显微结构中，在铁素体基体上含有40-50%的奥氏体，铁素体相和奥氏体相是其基本物相。当其从高温幵始凝固时，首先会生成δ铁素体；在凝固结束时，根据材料组成成分的不同，会有不同比例的奥氏体生成。 因此，对于铸件或得接材料来说，在退火后希望得到更多奥氏体，必须保证足够多的奥氏体来提供耐腐蚀性能和力学性能,奥氏体的含量因使用环境、合金成分以及热处理制度的不同而不同。 此外，在双相不锈钢中还发现了其它的相，包括σ、χ、R、碳化物和氮化物等物相。这些相往往是有害相，可以通过等温热处理的方法来消除这些相。 热处理制度对双相不锈钢的组织影响很大。在300~550℃温度范围内热处理，双相不锈钢具有很高的硬度和很低的延展性，把它叫做“475°C脆性”。 这些区域的富Cr、Mo现象导致体心立方相的形成(如σ相和α'相)。由于Cr元素的存在，α'相颗粒很细小，这就降低了钢材的延展性和韧性。其原因是阻碍了滑移的运动，在脆化范围热处理能降低耐蚀性。存在的可能原因是Cr元素的消耗。 在550℃~1000℃之间，双相不锈钢中发现碳化物和氮化物（如   ），在600~675℃温度范围内经过10~20小时热处理后，在一种双相不锈钢中发现了χ相、R相  其中χ相与σ相一样是脆性相，并且都是我们想要避免的有害相。 将钢材按GB/T228-2002标准加工成如图2-3所示的试样。采用WDW-1000型万能实验机进行拉伸试验，另外选取同样状态下的试样，将试样表面打磨光滑，然后用HB-62.5硬度计检测材料的硬度，记录实验数据。以上每组实验釆用三个平行试样，最终结果为三组结果的平均值。 强度测试 2205双相不锈钢的拉伸曲线如图2-4所示，从图中可以看出,2205双相不锈钢的抗拉强度为780MPa，且在屈服点附近没有明显的上下屈服点现象。以非比例延伸强度来替代屈服强度，通常取拉伸曲线上0.2%的应变值。从图中可以看出2205双相不锈钢的屈服强度为605MPa，通过拉伸前后测量得到断后延伸率为31.89%。由此可知，该钢的强度高,延伸率好，具有优异的综合力学性能。 NT80SS、L80等钢材的力学性能如表2-2所示。从表中可以看出，2205双相不锈钢的屈服强度、抗拉强度以及延伸率均好于上述钢材。因此，2205双相不锈钢具有良好的综合力学性能。 硬度测试 经测试，2205双相不锈钢的硬度值如表2-3所示。NACE MR0175标准中推荐在酸性湿H2S环境中双相不锈钢的硬度极限为HRC36。从中可以看出该钢材的硬度值低于HRC36的SCC敏感性判据，符合NACE标准规定的硬度要求。因此,该钢的硬度值满足推荐要求。 双相不锈钢·小结 双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍。因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。目前，双相不锈钢由于其特殊的优点，广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域，具有很好的发展前景。
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发表于 2016-4-16 16:20:54
