雙相不銹鋼的發(fā)展、特點(diǎn)及其應(yīng)用

王剛　郭幼丹　郭雷　余思騫　吳亞平

摘 要：雙相不銹鋼于20世紀(jì)30年代被開發(fā)出來(lái)，其以優(yōu)良的性能在船海工程、深海石油、化工工業(yè)、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)單介紹了雙相不銹鋼發(fā)展的歷史背景，綜述了雙相不銹鋼的性能特點(diǎn)和幾種常用不銹鋼的主要化學(xué)成分，最后介紹了雙相不銹鋼在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及其未來(lái)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼；耐腐蝕能力；力學(xué)性能；性能特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G142.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.091

雙相不銹鋼組織結(jié)構(gòu)由鐵素體和奧氏體兩相組成，兼具鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的性能特點(diǎn)。它將鐵素體不銹鋼強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕等特點(diǎn)與奧氏體不銹鋼所具有的良好的韌性和焊接性相結(jié)合。正是由于雙相不銹鋼各方面的性能優(yōu)異，因此，雙相不銹鋼自20世紀(jì)30年代被開發(fā)以來(lái)，便在海洋工程、船舶、石油、化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，世界雙相不銹鋼的產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，已占不銹鋼總產(chǎn)量的5%以上。

1 雙相不銹鋼的發(fā)展

1.1 歷史背景

為了解決鐵素體類或馬氏體類不銹鋼在酸性環(huán)境下耐腐蝕能力不足的問(wèn)題，20世紀(jì)30年代，許多國(guó)家開始雙相不銹鋼的研制工作，相繼有多種合金含量不同的雙相不銹鋼被開發(fā)出來(lái)，典型的代表有瑞典的435E、3RE60鋼，法國(guó)的Urnnus50鋼。這些鋼種成為了最早的雙相不銹鋼，即第一代雙相不銹鋼，其中又以3RE60鋼最具代表性。這種鋼的含碳量極低，加工性能和焊接性能良好，同時(shí)耐局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕的能力較強(qiáng)，因此得到了較為廣泛的應(yīng)用。

20世紀(jì)70年代，得益于二次精練技術(shù)的出現(xiàn)以及雙相不銹鋼中其他合金元素的加入，尤其是氮元素的添加，使得雙相不銹鋼的發(fā)展有了一個(gè)很大的突破，進(jìn)而研制開發(fā)了第二代雙相不銹鋼，典型的代表是SAF2205鋼。這種鋼的力學(xué)性能和耐局部腐蝕能力得到了很大的增強(qiáng)。第二代雙相不銹鋼解決了第一代雙相不銹鋼鐵素體含量過(guò)高的問(wèn)題，改善了材料的冷、熱加工工藝性能，減少了C對(duì)耐腐蝕性能的不利作用。

對(duì)于船海工程、石油化工這類工況復(fù)雜、苛刻的行業(yè)，第二代雙相不銹鋼的耐海水腐蝕能力和焊接性能表現(xiàn)出局限性。因此，世界各國(guó)都致力于研制腐蝕性更強(qiáng)的雙相不銹鋼。20世紀(jì)80年代，運(yùn)用熱力學(xué)數(shù)據(jù)，研制開發(fā)了超級(jí)雙相不銹鋼，典型代表為SAF2507鋼。作為第三代雙相不銹鋼的代表，SAF2507鋼提高了合金元素的含量，較好地平衡了鐵素體和奧氏體的相比例。通過(guò)熱成形的方法使兩相的比例接近1∶1，同時(shí)強(qiáng)度得到極大的提高。

雙相不銹鋼開發(fā)至今，其研制與發(fā)展經(jīng)過(guò)了80多年，已形成了比較完善的系列。在化學(xué)成分、材料組織、性能、制造及加工等各方面也有了較為完善的方法和措施。表1為國(guó)內(nèi)外幾種常見的雙相不銹鋼的化學(xué)成分。

1.2 雙相不銹鋼的特點(diǎn)

雙相不銹鋼具有鐵素體和奧氏體兩相組織，通過(guò)正確的方法控制化學(xué)成分，并運(yùn)用合理的熱處理工藝，可以將雙相不銹鋼的超強(qiáng)的耐腐蝕能力、力學(xué)性能和焊接性能發(fā)揮到極致。雙相不銹鋼的主要特點(diǎn)為：①良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕能力，在化工工業(yè)中可用于冷凝器、熱交換器等設(shè)備。②極佳的強(qiáng)度與韌性。雙相不銹鋼材料的延伸率可達(dá)到40%，通過(guò)正確的方法

進(jìn)行熱處理，可使強(qiáng)度提高到1 500 MPa以上。同時(shí)，熱處理

后材料的漸變微觀結(jié)構(gòu)使得其抗沖擊性能得到提升。③優(yōu)良的焊接性能，熱裂傾向較小，不需要進(jìn)行焊后熱處理。④不適宜在高溫的工況下長(zhǎng)時(shí)間使用，這將降低材料的韌性。⑤熱處理過(guò)程在鐵素體和奧氏體的晶界處易析出有害相 相，這將導(dǎo)致材料韌性和耐腐蝕性能的急劇下降。

2 雙相不銹鋼的應(yīng)用

雙相不銹鋼無(wú)論從其優(yōu)良的耐腐蝕性，還是從其力學(xué)性能方面著眼，都有著極佳的使用性。經(jīng)過(guò)80多年的改進(jìn)和開發(fā)，雙相不銹鋼已在船海工程、海水淡化、深海油田、化工工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 船海工程

海洋平臺(tái)、船舶等結(jié)構(gòu)物的工作環(huán)境為海洋，而海水的腐蝕性很強(qiáng)，尤其近年來(lái)海水遭到污染，海水中的硫酸鹽被還原后產(chǎn)生了具有強(qiáng)烈腐蝕性的硫離子，因此這類結(jié)構(gòu)物在建造時(shí)要特別重視材料的耐腐蝕性能。目前，雙相不銹鋼已用于制作海洋鉆井，生產(chǎn)、作業(yè)平臺(tái)，船舶軸系，船用螺旋槳等。日本利用雙相不銹鋼制作的螺旋槳，在滿足耐腐蝕的前提下，由于強(qiáng)度高，在相同的設(shè)計(jì)條件下降低了螺旋槳的重量，從而減小了螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了推進(jìn)效率，同時(shí)減輕了螺旋槳的振動(dòng)，降低了噪聲。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)

世界上有許多橋梁及其他建筑也開始使用雙相不銹鋼，例如使用SAF2205鋼建造的英國(guó)York橋、瑞典的Aparte橋以及紐約的Brooklyn大橋。由于雙相不銹鋼極高的強(qiáng)度和良好的韌性，使得這些橋梁擁有很好的抗疲勞性能，壽命是普通橋梁的2倍以上。美國(guó)卡塔爾多哈國(guó)際機(jī)場(chǎng)屋頂采用雙相不銹鋼建造，是目前世界上最大的不銹鋼屋頂。

2.3 化工工業(yè)

雙相不銹鋼的耐氯化物腐蝕性能很好，因此，它被廣泛應(yīng)用于熱交換器、反應(yīng)器、壓力容器等設(shè)備，并用于硫酸、磷酸、聚氯乙烯等化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)。同時(shí)，其高強(qiáng)度的特點(diǎn)在制作存儲(chǔ)槽、運(yùn)輸罐時(shí)也能夠很好地反映出來(lái)。

3 結(jié)束語(yǔ)

雙相不銹鋼的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)是通過(guò)添加微量合金W、Cu、

Re等，開發(fā)新的高牌號(hào)雙相不銹鋼。這些微量元素的添加進(jìn)一步提升了材料的耐腐蝕性、力學(xué)性能和焊接性能。最新研發(fā)的新型稀土雙相不銹鋼有SG52和Safurex等。在鎳價(jià)波動(dòng)變化大時(shí)，開發(fā)節(jié)鎳經(jīng)濟(jì)型鋼種也是雙相不銹鋼的發(fā)展動(dòng)態(tài)之一，目前這類經(jīng)濟(jì)型新鋼種有UNSS32001，同時(shí)在生產(chǎn)工藝上也有一些改進(jìn)與發(fā)展。雙相不銹鋼以其優(yōu)異的性能在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，同時(shí)，新型的稀土雙相不銹鋼和超雙相不銹鋼的研制將會(huì)使其擁有更為廣闊的應(yīng)用前景，雙相不銹鋼的不斷研制與開發(fā)也將成為不銹鋼發(fā)展的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn)

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[3]吳玖.雙相不銹鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

〔編輯：王霞〕

Abstract： Duplex stainless steel in the 1930s has been developed， and its excellent performance in the field of ship and ocean engineering， deep-sea oil， chemical industry， building structure has been widely used. A brief historical background of the development of duplex stainless steel， duplex stainless reviewed performance characteristics and major chemical components of several commonly used stainless steel， and finally introduces the application and future prospects of duplex stainless steel in various fields.

Key words： duplex stainless steel； corrosion resistance； mechanical properties； performance characteristics