雙相不銹鋼知識的詳解
發(fā)布時間：2024-03-12
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雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨著鉻含量的增加而提高，當(dāng)鋼中的鉻含量Cr≥12%，會在鋼的表面形成一層非常薄，但很致密的氧化膜(通稱鈍化膜)，保護(hù)基體不再被氧化或腐蝕，不銹鋼因此具有優(yōu)良的耐蝕性能。
雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
代表牌號UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），鋼中不含鉬，PREN值為24-25，在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替AISI304或316使用。 代表牌號是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,PREN值為32-33，其耐蝕性能介于AISI 316L和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。 一般含25%Cr，還含有鉬和氮，有的還含有銅和鎢，標(biāo)準(zhǔn)牌號UNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N），PREN值為38-39，這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。 含高鉬和氮，標(biāo)準(zhǔn)牌號UNS S32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）,有的也含鎢和銅,PREN值大于40,可適用于苛刻的介質(zhì)條件,具有良好的耐蝕與力學(xué)綜合性 能，可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。 由于兩相組織的特點(diǎn)，通過正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下： （1）屈服強(qiáng)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儲罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-50%，有利于降低成本。
（2）具有優(yōu)異的耐應(yīng)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(yīng)力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應(yīng)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(zhì)中應(yīng)用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)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(zhì)中，如醋酸，甲酸等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(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。
（5）比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)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(chǎn)復(fù)合板或襯里等。
（6）不論在動載或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對結(jié)構(gòu)件應(yīng)付突發(fā)事故如沖撞，爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢明顯，有實際應(yīng)用價值。 （1）應(yīng)用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。
（2）其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。
（3）存在中溫脆性區(qū)，需要嚴(yán)格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，損害性能。
與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下： （1）綜合力學(xué)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(yīng)力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
（3）冷加工工藝性能和冷成型性能遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
（4）焊接性能也遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理。
雙相不銹鋼不管是在高度腐蝕環(huán)境還是在不銹鋼結(jié)構(gòu)的工程材料方面都是一種萬能的材料。其用途包括：
● 化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)； 雙相不銹鋼是集優(yōu)良耐腐蝕性、高強(qiáng)度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼類。其物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。 雙相不銹鋼已有近80年的歷史，其顯微組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半。早期的牌號是鉻、鎳和鉬的合金。第一批鍛軋雙相不銹鋼于1930年在瑞典生產(chǎn)，并用于亞硫酸鹽造紙工業(yè)。這些鋼種是高碳雙相不銹鋼，其最初的開發(fā)目的是為了減少晶間腐蝕問題。1930年芬蘭生產(chǎn)出雙相不銹鋼鑄件，1936年法國獲得專利鋼種，就是后來著名的Uranus50。二戰(zhàn)后，AISI329不銹鋼成為成熟的牌號并廣泛用于硝酸裝置的熱交換器管道。3RE60是專為提高耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂（SCC）性能而開發(fā)的第一代雙相不銹鋼牌號之一；后來，鍛造和鑄造雙相不銹鋼牌號均用于各種加工工業(yè)，包括容器、熱交換器和泵。 第一代雙相不銹鋼具有良好的性能，但在焊接狀態(tài)下有局限性。焊縫的熱影響區(qū)（HAZ）由于鐵素體過多而韌性低，并且耐腐蝕性明顯低于母材。這些局限性限制了第一代雙相不銹鋼的應(yīng)用，通常僅限于非焊接狀態(tài)使用。1968年不銹鋼精煉和氬氧脫碳（AOD）工藝的發(fā)明，使一系列新不銹鋼鋼種的產(chǎn)生成為可能。AOD所帶來的諸多進(jìn)步之一便是氮作為合金元素的刻意添加。雙相不銹鋼的氮合金化使得焊接狀態(tài)下HAZ的韌性和耐腐蝕性接近于母材成為可能。隨著奧氏體穩(wěn)定性的提高，氮也降低了有害金屬間相的形成速率。 第二代雙相不銹鋼具有氮合金化的特征。這一新的商品化進(jìn)展始于上世紀(jì)70年代后期，正好與北海海上油氣田的開發(fā)以及對具有優(yōu)異耐氯離子腐蝕性能、良好的加工性能和高強(qiáng)度的 不銹鋼的需求相吻合。2205成為第二代雙相不銹鋼的主要牌號并廣泛用于海上石油平臺集氣管線和處理設(shè)施。由于這類鋼的強(qiáng)度高，允許在平臺上進(jìn)行減小壁厚和減重，使其應(yīng)用有很大的吸引力。雙相不銹鋼一直在不斷發(fā)展，雙相不銹鋼包含一系列腐蝕特性各不相同的牌號，其腐蝕性能取決于它們的合金成分。現(xiàn)代雙相不銹鋼可分為五種類型： * 不添加鉬的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼如2304； * 標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼如2205，是主要的鋼種，占雙相鋼用量的80%以上； * 25Cr雙相不銹鋼如合金255，PREN值小于40； * 超級雙相不銹鋼（PREN值40～45），含25％～26%Cr，比25Cr雙相不銹鋼更高的鉬和氮的含量，如2507； * 特超級雙相不銹鋼，PREN值超過45的高合金化雙相不銹鋼。 燃煤電力設(shè)施為進(jìn)一步降低SO2的排放，而煙氣脫硫（FGD）是達(dá)到SO2低排放的一種方法。利用石灰或石灰石泥漿 "濕法洗滌"煙氣中的SO2是一種成熟技術(shù)，自從上世紀(jì)70年代以來就作 為基本方法用于電站鍋爐系統(tǒng)。 現(xiàn)代化洗滌裝置目前能去除廢氣中90%的SO2?，F(xiàn)代化FGD裝置由具有不同溫度、氯化物含量和pH的幾個區(qū) 組成。2205不銹鋼（S32205）由于與奧氏體不銹鋼相比成本更低，耐腐蝕性更好，已經(jīng)在歐洲和亞洲用于FGD裝置。最近，北美已經(jīng)接受雙相不銹鋼的應(yīng)用，由于其焊后的高強(qiáng)度、良好的耐腐蝕性能和高韌性，已成為最受歡迎的FGD吸收塔選材。 海水淡化由于其高氯化物含量、高溫的腐蝕性工藝環(huán)境，使材料經(jīng)受了最嚴(yán)格的一種考驗。海水淡化的歷史基本上是材料發(fā)展的歷史，因為海水淡化業(yè)的客戶需要在滿足耐腐蝕性要 求與將投資控制在可承受范圍的要求之間尋求平衡。早期的海水淡化項目中，多級閃蒸（MSF）和多效（MED）海水淡化設(shè)備的蒸發(fā)器使用碳鋼制造。后來，MSF蒸發(fā)器一般用316L（EN1.4404）奧氏體不銹鋼包覆。MED蒸發(fā)室先是采用環(huán)氧樹脂涂層，后來用不銹鋼包覆。 使用雙相不銹鋼的好處是，它的高強(qiáng)度是傳統(tǒng)奧氏體鋼種的兩倍與高耐腐蝕性能相結(jié)合。因此，雙相不銹鋼蒸發(fā)器可用更薄的鋼板制造，所需的材料和焊接較少。更多的好處包括容易處理，對環(huán)境的綜合影響較少。 在石油天然氣工業(yè)中，雙相鋼在幫助抵抗惡劣條件方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。雙相不銹鋼主要應(yīng)用在流體管、工藝管線系統(tǒng)和設(shè)備，如分離裝置、洗滌裝置和泵。在海下，這些材料用于井下生產(chǎn)管道、管件和集合管、流體管和運(yùn)輸腐蝕性油氣的管線。超級雙相不銹鋼（25％Cr），因其對設(shè)計應(yīng)力的有效抵抗能力，經(jīng)常用于以下幾個方面：圓棒、鍛件、鑄件、薄板、厚板、管材、緊固件等。 超級雙相鋼還具有優(yōu)良的抗疲勞性能以及與其他高合金不銹鋼良好的電偶相容性。臍帶纜是用來使用液壓線進(jìn)行井口操作控制的，也可用于化學(xué)品注入。從鋼臍帶纜被引入市場以來，雙相不銹鋼一直是最常用的材料。最近幾年，開發(fā)深海油氣田的趨勢，需要更長的臍帶纜。提高材料的強(qiáng)度可降低臍帶纜的重量，可使長度更長。 生物燃料工業(yè)（尤其是乙醇）是雙相鋼應(yīng)用不斷增長的一個領(lǐng)域。2205不銹鋼已用于新加坡生物質(zhì)制油NExBTL工藝設(shè)備。在阿姆斯特丹港的一個大型生物燃料工程中，荷蘭儲罐制造商Oostwouder Tank-&SilobouwBV為Noba VetveredelingBV制造的油庫選用了S32101。在瑞典H?ndel?島的Agroetanol乙醇裝置擴(kuò)建工程中，S32101還被指定用于制造容器和管道。在許多乙醇裝置用途中，經(jīng)濟(jì)型雙相鋼已被用來替代300系列奧氏體不銹鋼。 在食品和飲料工業(yè)中經(jīng)濟(jì)型雙相鋼也證明了其價值。這種材料在西班牙的兩個項目中得到應(yīng)用，一個食品儲存庫和一個酒品儲存庫。在巴塞羅那港，Emypro SA全部采用S32101修建食品儲存罐，取代了EN1.4301 /1.4307 （304/304L）。在西班牙南部的代米耶爾， 由西班牙儲罐制造商Martinez Sole為GarciaCarrion建造的酒品儲存庫，第一次使用了雙相不銹鋼。 雙相鋼不斷在橋梁建造中發(fā)揮重要作用，橋梁在腐蝕和含鹽環(huán)境使用，同時要求較高的承載強(qiáng)度。近期的兩個實例均來自于亞洲，分別是香港的昂船洲大橋和新加坡的雙螺旋步行橋，它們均使用了2205雙相不銹鋼。2006年昂船洲大橋使用了2000噸2205雙相鋼板材和管材，其表層部分由中國的制造廠用定制尺寸的板材建造。板材經(jīng)過拋光和噴丸處理，以便在白天和晚上均能有最佳的反射性。 此外，雙螺旋步行橋使用了570噸雙相不銹鋼。這座橋令人驚嘆的設(shè)計包含了類似于DNA結(jié)構(gòu)的兩個螺旋形管狀不銹鋼部分，其雙螺旋支撐結(jié)構(gòu)分別使用2205雙相鋼管材和板材。不銹鋼表面通過反射燈光來提供晚間照明，反射燈光被用來增強(qiáng)設(shè)計效果。 位于卡塔爾多哈新國際機(jī)場的世界最大的不銹鋼屋面使用含鉬的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼（S32003）建造。航站樓最突出的特點(diǎn)是它的波浪形屋頂，據(jù)說是世界上最大的不銹鋼屋頂。屋頂面積約為195000平方米，使用了約1600噸雙相不銹鋼。選擇不銹鋼牌號時考慮幾個因素，其中最重要的是機(jī)場離大海的距離。屋頂不僅要抵抗中東地區(qū)的高溫和濕度，還必須能經(jīng)受鹽的腐蝕。與其他鋼種相比，雙相不銹鋼材俱有成本和良好的強(qiáng)度重量比。免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載或改編，僅供學(xué)習(xí)，交流所用，未找到原創(chuàng)作者，版權(quán)歸原作者所有。如涉及版權(quán)，請聯(lián)系刪。
