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2205双相不锈钢管相关介绍

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2020-12-14 15:24【
2205不锈钢管双相不锈钢是一类集优良的耐腐蚀、高强度和易于制造加工等诸多优异性能于一身的钢种。它们的物理性能介于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢之间,但更接近于铁素体不锈钢和碳钢。双相不锈钢的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀能力与其铬、钼、钨和氮含量有关,可以类似于316不锈钢,也可高于海水用不锈钢如6%Mo奥氏体不锈钢。所有双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀断裂的能力均明显强于300系列奥氏体不锈钢,而且其强度也大大高于奥氏体不锈钢,同时表现出良好的塑性和韧性。
双相不锈钢因为其金相显微组织由铁素体和奥氏体两种不锈钢晶粒组成,所以被称为“双相”。下图中,黄颜色的奥氏体相被蓝色的铁素体相所包围。当双相不锈钢熔化后,它从液态凝固时首先凝固成完全的铁素体结构,随着材料冷却到室温,大约有一半的铁素体晶粒转变为奥氏体晶粒。其结果是显微组织中大约50%为奥氏体相,50%为铁素体相。
双相不锈钢的强度大约是常规奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢强度的2倍。因此设计师在某些应用中就可减薄壁厚。下图比较了室温到300℃的温度区间几种双相不锈钢与316L奥氏体不锈钢的屈服强度。 
02良好的韧性和延展性
尽管双相不锈钢强度高,但它们表现出良好的塑性和韧性。双相不锈钢的韧性和延展性明显优于铁素体不锈钢和碳钢,即使在很低的温度如-40℃/F下仍保持良好的韧性。但还达不到奥氏体不锈钢的优异程度。 
ASTM和EN标准规定的双相不锈钢最低力学性能极限
不锈钢的耐腐蚀性主要取决于其化学成分。在大多数应用环境中,双相不锈钢都显示出较高的耐蚀性能,这是由于它们铬含量高,在氧化性酸中很有利,并且含有足够量的钼和镍,能耐中等还原性酸介质的腐蚀。
双相不锈钢耐氯离子点蚀和缝隙腐蚀的能力,取决于其铬、钼、钨和氮含量。双相不锈钢相对较高的铬、钼和氮含量使它们具有很好的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能。它们有一系列不同的耐腐蚀性能,既有相当于316不锈钢耐蚀性的牌号,如经济型双相不锈钢2101©,也有相当于6%钼不锈钢耐蚀性的牌号,如SAF 2507©。
2205不锈钢管
双相不锈钢具有非常好的耐应力腐蚀开裂(SCC)性能,这个特性是从铁素体这一方“继承”来的。所有双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂的能力均明显优于300系奥氏体不锈钢。2205不锈钢管而标准的奥氏体不锈钢牌号如304和316,在有氯离子、潮湿空气和温度升高的条件下,可能会发生应力腐蚀开裂。因此,在有较大应力腐蚀风险的化工行业许多应用,常常采用双相不锈钢来代替奥氏体不锈钢的使用。
介于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢之间,但更接近于铁素体不锈钢和碳钢。
一般认为,双相不锈钢中铁素体相与奥氏体相的比例为30%~70%时,可以获得良好的性能。但双相不锈钢常常被认为是铁素体和奥氏体大致各占一半,在目前的商品化生产中,为了获得最佳的韧性和加工特性,倾向于奥氏体的比例稍大一些。主要的合金元素尤其是铬、钼、氮和镍之间的相互作用是非常复杂的。为了获得稳定的有利于加工和制造的双相组织,必须注意使每种元素有适当的含量。
除了相平衡以外,有关双相不锈钢及其化学组成的第二个主要问题是温度升高时有害金属间相的形成。σ相和χ相在高铬、高钼不锈钢中形成,并优先在铁素体相内析出。氮的添加大大延迟了这些相的形成。因此在固溶体中保持足够量的氮非常重要。随着双相不锈钢制造经验的增加,人们越来越认识到控制较窄的成分范围的重要性。2205双相不锈钢(UNS S31803,表1)最初设定的成分范围过宽,经验表明,为了得到最佳的耐腐蚀性能及避免金属间相的形成,S31803的铬、钼和氮含量应保持在含量范围的中上限,由此引出了成分范围较窄的改进型2205双相钢UNS S32205(表1)。

钢中铬含量必须不低于10.5%才能形成稳定的含铬钝化膜,保护钢不受大气腐蚀。不锈钢的耐腐蚀性能随铬含量的增加而增加。铬是铁素体形成元素,钢中加铬可促使体心立方结构的铁素体形成。钢中铬含量较高时,需要加入更多的镍才能形成奥氏体或双相(铁素体-奥氏体)组织。较高的铬量也能促进金属间相的形成。奥氏体不锈钢铬含量至少为16%,双相不锈钢铬含量至少为20%。铬还能增加钢在高温下的抗氧化能力,铬的这一作用很重要,它影响热处理或焊接后氧化皮或回火色的形成和去除。双相不锈钢的酸洗和去除回火色要比奥氏体不锈钢困难。

钼能提高不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀的能力。当不锈钢中铬含量至少为18%时,钼在氯离子环境中耐点蚀和缝隙腐蚀的能力是铬的三倍。钼是铁素体形成元素,同时也增大了不锈钢形成金属间相的倾向。因此,奥氏体不锈钢的钼含量通常小于约7.5%,双相不锈钢的钼含量小于4%。

氮提高奥氏体和双相不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力,它还能显著地提高钢的强度。事实上它是最有效的固溶强化元素和低成本合金元素。含氮双相不锈钢韧性的改善得益于其较高的奥氏体含量和较少的金属间相。氮没有阻止金属间相的析出,但可推迟金属间相的形成,使得有足够的时间进行双相不锈钢的加工和制造。氮被添加到铬和钼含量高的高耐蚀性奥氏体和双相不锈钢中,以抵消它们形成σ相的倾向。
氮是强奥氏体形成元素,在奥氏体不锈钢中能代替部分镍。氮可降低层错能并提高奥氏体的加工硬化率。它还通过固溶强化提高了奥氏体的强度。双相不锈钢一般都添加氮并调整镍含量以达到适当的相平衡。铁素体形成元素铬和钼与奥氏体形成元素镍和氮相互平衡才能获得双相组织。

镍是稳定奥氏体的元素,镍促使不锈钢的晶体结构从体心立方结构(铁素体)转化为面心立方结构(奥氏体)。铁素体不锈钢含极少的镍或不含镍,双相不锈钢含镍量为低至中等,如1.5%~7%,300系奥氏体不锈钢至少含有6%的镍(见图1、2)。添加镍延缓了奥氏体不锈钢中有害金属间相的形成,但是在双相不锈钢中镍的延缓作用远不如氮有效。面心立方结构使奥氏体不锈钢具有极佳的韧性。双相不锈钢中有近一半是奥氏体组织,因此双相钢的韧性比铁素体不锈钢显著提高。 
    Fe-Cr-Ni合金三元相图是双相不锈钢冶金行为的指路图。从铁含量为68%处的三元截面图(图3)可看出:这些合金以铁素体(a)相凝固,然后随着温度的下降,部分铁素体转变成奥氏体(g)(取决于合金成分)。当从固溶退火温度水淬时,在室温下可获得大约50%铁素体和50%奥氏体的金相组织。增加氮含量可提高铁素体向奥氏体转变的起始温度,并改善双相不锈钢尤其是热影响区的结构稳定性。
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    双相不锈钢轧制产品或加工后的产品中铁素体和奥氏体的相对数量取决于其化学成分和热加工历史。如相图所显示,成分上微小的变化可能对两相的相对体积分数有较大影响。某单一合金元素会促进铁素体或奥氏体的形成。金相组织中铁素体/奥氏体的相平衡可通过如下的多变量线性回归来预测:
Creq = %Cr + 1.73 %Si + 0.88 %Mo
Nieq = %Ni + 24.55 %C + 21.75 %N + 0.4 %Cu
% 铁素体 = -20.93 + 4.01 Creq – 5.6 Nieq + 0.016 T
    T(℃)是退火温度,1050-1150°C,元素含量为重量百分数(wt%)
    通过调整铬、钼、镍和氮的含量,并控制好加热操作,可获得所希望的相平衡即铁素体相比例为45-50%,其余为奥氏体相。
    对于双相不锈钢的轧制生产来说,在适当的固溶退火温度进行固溶退火处理,随后立刻进行水淬,可得到最佳结果。重要的是,使材料从离开加热炉到水淬之间的时间尽可能地短,这样便最大程度地减少了热量损失,而在水淬至室温之前,热量损失可能导致有害相的析出。
    对于双相不锈钢的焊接来说,必须针对每一种牌号和焊接配置给出最佳的热输入,以便冷却速度能够足够快从而避免有害相的析出,但又不是太快以至于熔合线附近保留了过量的铁素体。在实践中,当焊接断面尺寸差异较大的部件或采用低热输入焊接厚断面时,可能出现这种情况。在这种情况下,厚断面上的薄焊缝淬火过快,没有留出充足的时间使足量的铁素体转变为奥氏体,结果导致焊接热影响区铁素体过量。
    由于氮可提高从铁素体开始形成奥氏体的温度,见图3,它也加快了铁素体转变为奥氏体的速度。因此,如果不锈钢中含氮,即使在相对快速的冷却速度下,奥氏体数量也几乎能达到平衡状态时的水平。对第二代双相不锈钢而言,这一效应可减少焊缝热影响区铁素体过量的可能性。