雙相不銹鋼 | Duplex steel

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領域,諸如紙漿和造紙、陸上和海上的油氣工業、化學加工工業、運輸業(化學品船和槽罐車)、制藥和食品工業以及建筑業等。多用制反應容器,各工業設備和輸送管道等。在大多數應用中,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。

產品分類 / 用途

022Cr25Ni7Mo4WCuN (S32760/S27603)


(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的變形材料,隨后此鋼成為石油天然氣開發、海水環境、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
(Zeron100)UNS S32760≤0.05≤1.0≤1.0≤0.010≤0.03024.0~26.06.0~8.03.0~4.00.50~1.00.20~0.300.50~1.0
022Cr25Ni7Mo4WCuN S27603≤0.030≤1.0≤1.0≤0.030≤0.03524.0~26.06.0~8.03.0~4.00.50~1.00.20~0.300.50~1.0


  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,后來才發現鎢、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 標準規定的力學性能
材料UNSσb/MPaσ0.2/MPaδs/%
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鍛態S32760≥550≥750≥25
022Cr25Ni7Mo4WCuN 鑄態J93380≥450≥700≥25



022Cr25Ni7Mo4WCuN 雙相鋼的實測力學性能
板厚/mmσb/MPaσ0.2/MPaδs/%硬度(HRC)沖擊值(V型)Akv/J
20℃’-30℃
1087467173442241207
1286569073738227227
1984364770140211183
3485362770032241248


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良,且優于超級雙相不銹鋼 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,不僅遠優于2%~3%的 2205 和 316L ,而且也優于 2507 ; 在商用H3PO4中,還優于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良。在所試驗的條件下還優于如 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
11047188SCC
10549492SCC
10049492SCC
9050892SCC
8050792SCC
7051890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CCT/℃
S32760鍛態75
S32760鑄態60
Zeron 25鑄態40
254 SMO鍛態65
SAF 2205鍛態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,在模擬常規電廠煙氣脫硫(FGD)的石灰漿液介質中,022Cr25Ni7Mo4WCuN雙相鋼在鍛態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316L22Cr雙相鋼825合金S32760
失重數值/mg18.515.51513



  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于 316L ,而且還優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
焊接參數GTAWφ2.4SMAWφ3.25SAWφ3.2
電流/A80100330
電壓/V112332
焊接速度
mm*min-1
45120450
道次數14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中,制造反應器、容器、各種熱交換器以及管線、泵、閥等。


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