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導(dǎo)語 雙相不銹鋼因其特殊的組織結(jié)構(gòu)，同時具有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特性。與前者相比，它韌性好、耐晶間腐蝕性能優(yōu)異、焊接性能良好；與后者相比，其強(qiáng)度、耐晶間腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕、耐疲勞腐蝕等性能都顯著提高。因此，雙相不銹鋼被廣泛應(yīng)用于海岸平臺、油氣生產(chǎn)、化學(xué)容器、造紙工業(yè)工業(yè)領(lǐng)域等。 雙相不銹鋼·介紹 組織中主要含有鐵素體的不銹鋼稱為鐵素體不銹鋼，如圖l-l(a)所示；組織中主要含有奧氏體的不銹鋼稱為奧氏體不銹鋼，如圖l-l(b)所示；組織中同時含有鐵素體和奧氏體，且兩相的含量各約占50%，這種不銹鋼稱為雙相不銹鋼，如圖l-l(c)所示。 雙相不銹鋼鑄件的顯微結(jié)構(gòu)是沉淀的奧氏體相分布在鐵素體基體上，雙相源于這種鋼材具有平衡的鐵素體相和奧氏體相顯微結(jié)構(gòu)。相的平衡可以通過合金成分來控制，鐵素體平衡元素為Cr、Mo和Si；奧氏體平衡元素為Ni、C、Cu、Mn和N。 人們于20世紀(jì)30年代開始對雙相不銹鋼進(jìn)行研究，并取得了一系列成果。從1935年法國人首先申報成功一個雙相不銹鋼專利開始，經(jīng)過科研人員幾十年的努力，雙相不銹鋼的研宄取得了重大突破,其發(fā)展大致經(jīng)歷了三代。 美國40年代生產(chǎn)的以329鋼為代表的第一代雙相不銹鋼，該鋼材高含Cr和Mo，耐蝕性能良好；第二代雙相不銹鋼為含N不銹鋼,其典型代表是18Cr型、22Cr型以及25Cr型；第三代雙相不銹鋼是80年代發(fā)展的超級雙相不銹鋼，其特點(diǎn)是含碳量很低，高含Mo和N，具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。 雙相不銹鋼的元素組成：Cr：20%~29%；Ni：1%~7% ；Mo：1%-4%；N：0.15%0-0.25%。按照元素類型劃分，雙相不銹鋼可分為Cr-Ni和Cr-Mn-N兩個系列。不過，目前市場上銷售的雙相不銹鋼是Cr-Ni系。 雙相不銹鋼·組成成分 材料的化學(xué)成分和微觀組織結(jié)構(gòu)決定了材料的性能。雙相不銹鋼微觀組織主要是鐵素體和奧氏體，還包括其它微觀結(jié)構(gòu)，如χ相、σ相、碳化物和氮化物等。下面從材料的微觀組織結(jié)構(gòu)方面對2205雙相不銹鋼進(jìn)行評價。 2205雙相不銹鋼的化學(xué)成分 實驗中用到的所有試樣來自同一供貨狀態(tài)(冷拔/軋)下的2205雙相不銹鋼，它主要化學(xué)成分如表2-1所示。從表中可以看出，Cr、Mo、Ni等元素是2205雙相不銹鋼中的主要合金元素，這也是其耐腐蝕性能優(yōu)異的主要原因；其次含有Si、N等合金元素，其中C、S、P等元素含量極低。 2205雙相不銹鋼組織分析 1.金相分析 將2205雙相不銹鋼加工成的小片狀試樣后進(jìn)行鑲樣，隨后用200#、400#、600#、800#、1000#、3000#、5000#、7000#的水砂紙逐級打磨，然后在拋光機(jī)上拋光，除油吹干后用 Murukanmi 溶液進(jìn)行化學(xué)侵蝕。溫度為85℃，時間3~5min，侵蝕后迅速用清水沖洗干凈，吹干后在XJG-05型光學(xué)顯微鏡下觀察其組織形貌,并拍攝記錄。 對試樣進(jìn)行鑲嵌、打磨、拋光、侵蝕工序后在光學(xué)顯微鏡下觀察其組織如圖2-1所示。由圖2-1可以看出，2205雙相不銹鋼的組織為鐵素體(α和奧氏體(γ)組織，且兩相均勾相間分布，基本上沒有其它析出相。說明該2205雙相不銹鋼避免了析出相的產(chǎn)生，這對其腐蝕性能來說是有益的。 利用定量金相分析軟件image pro plus對兩相含量進(jìn)行定量分析，定量計算時選取500倍較清晰的圖片5張,然后求平均值，分析得出該2205雙相不銹鋼鐵素體和奧氏體的含量分別為49.2%和50.8%，兩相的比例接近1 ：1。 2.XRD分析 使用DX-2700SSC型X射線衍射儀(采用Cu陽極靶，掃描范圍2θ在30°~90°,掃描步長0.03，工作電壓為40kV，工作電流為30mA)，對2205雙相不銹鋼進(jìn)行物相的定性分析。 圖2-2表示2205雙相不銹鋼的XRD圖譜。從圖中可以看出，雙相不銹鋼具有體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體α相在(110)、(200)及(211)晶面產(chǎn)生較強(qiáng)的衍射峰；具有面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體γ相在(111)、(200)及(220)晶面產(chǎn)生較強(qiáng)的衍射峰，并沒有明顯的其它析出峰出現(xiàn)。這就表明2205雙相不銹鋼由鐵素體和奧氏體相組成，并沒有其它析出相或者析出相的含量比非常少的緣故，這與金相分析結(jié)果一致。
雙相不銹鋼·顯微結(jié)構(gòu)
在退火條件下，許多加工后的雙相不銹鋼的顯微結(jié)構(gòu)中，在鐵素體基體上含有40-50%的奧氏體，鐵素體相和奧氏體相是其基本物相。當(dāng)其從高溫幵始凝固時，首先會生成δ鐵素體；在凝固結(jié)束時，根據(jù)材料組成成分的不同，會有不同比例的奧氏體生成。 因此，對于鑄件或得接材料來說，在退火后希望得到更多奧氏體，必須保證足夠多的奧氏體來提供耐腐蝕性能和力學(xué)性能,奧氏體的含量因使用環(huán)境、合金成分以及熱處理制度的不同而不同。 此外，在雙相不銹鋼中還發(fā)現(xiàn)了其它的相，包括σ、χ、R、碳化物和氮化物等物相。這些相往往是有害相，可以通過等溫?zé)崽幚淼姆椒▉硐@些相。 熱處理制度對雙相不銹鋼的組織影響很大。在300~550℃溫度范圍內(nèi)熱處理，雙相不銹鋼具有很高的硬度和很低的延展性，把它叫做“475°C脆性”。 這些區(qū)域的富Cr、Mo現(xiàn)象導(dǎo)致體心立方相的形成(如σ相和α'相)。由于Cr元素的存在，α'相顆粒很細(xì)小，這就降低了鋼材的延展性和韌性。其原因是阻礙了滑移的運(yùn)動，在脆化范圍熱處理能降低耐蝕性。存在的可能原因是Cr元素的消耗。 在550℃~1000℃之間，雙相不銹鋼中發(fā)現(xiàn)碳化物和氮化物（如 ![]() ![]() ），在600~675℃溫度范圍內(nèi)經(jīng)過10~20小時熱處理后，在一種雙相不銹鋼中發(fā)現(xiàn)了χ相、R相 ![]() 其中χ相與σ相一樣是脆性相，并且都是我們想要避免的有害相。 將鋼材按GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)加工成如圖2-3所示的試樣。采用WDW-1000型萬能實驗機(jī)進(jìn)行拉伸試驗，另外選取同樣狀態(tài)下的試樣，將試樣表面打磨光滑，然后用HB-62.5硬度計檢測材料的硬度，記錄實驗數(shù)據(jù)。以上每組實驗釆用三個平行試樣，最終結(jié)果為三組結(jié)果的平均值。 強(qiáng)度測試 2205雙相不銹鋼的拉伸曲線如圖2-4所示，從圖中可以看出,2205雙相不銹鋼的抗拉強(qiáng)度為780MPa，且在屈服點(diǎn)附近沒有明顯的上下屈服點(diǎn)現(xiàn)象。以非比例延伸強(qiáng)度來替代屈服強(qiáng)度，通常取拉伸曲線上0.2%的應(yīng)變值。從圖中可以看出2205雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度為605MPa，通過拉伸前后測量得到斷后延伸率為31.89%。由此可知，該鋼的強(qiáng)度高,延伸率好，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。 NT80SS、L80等鋼材的力學(xué)性能如表2-2所示。從表中可以看出，2205雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及延伸率均好于上述鋼材。因此，2205雙相不銹鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。 硬度測試 經(jīng)測試，2205雙相不銹鋼的硬度值如表2-3所示。NACE MR0175標(biāo)準(zhǔn)中推薦在酸性濕H2S環(huán)境中雙相不銹鋼的硬度極限為HRC36。從中可以看出該鋼材的硬度值低于HRC36的SCC敏感性判據(jù)，符合NACE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硬度要求。因此,該鋼的硬度值滿足推薦要求。 雙相不銹鋼·小結(jié) 雙相不銹鋼從20世紀(jì)40年代在美國誕生以來，已經(jīng)發(fā)展到第三代。它的主要特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度可達(dá)400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍。因此可以節(jié)約用材，降低設(shè)備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質(zhì)環(huán)境比較惡劣（如海水，氯離子含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。目前，雙相不銹鋼由于其特殊的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、海水與廢水處理設(shè)備、輸油輸氣管線、造紙機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。
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發(fā)表于 2016-4-16 16:20:54
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