制作輸送機的新材料:雙相不銹鋼
隨著輸送機的用途不斷的擴大和輸送物料的多樣化:如輸送含有機溶劑的物料和含有氯化物及硫化氫的物料,都需選用雙相不銹鋼來制作輸送機,特別是:螺旋輸送機、蛇形鏈板機等
雙相不銹鋼概念
雙相不銹鋼(Duplex StainlessSteel,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到 3O%的不銹鋼。
雙相不銹鋼誕生和發展
雙相不銹鋼從 20 世紀 40 年代在美國誕生以來,已經發展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達400-550MPa,是普通不銹鋼的2倍,因此可以節約用材,降低設備制造成本。在抗腐蝕方面,特別是介質環境比較惡劣(如海水,氯離子含量較高)的條件下,雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼,可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。國外生產雙相不銹鋼雖然已有八十多年歷史,但我國在七十年代中期才開始發展雙相不銹鋼。
雙相不銹鋼焊接特性
雙相不銹鋼具有良好的焊接性能,與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比,它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區,由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低,也不像奧氏體不銹鋼那樣,對焊接熱裂紋比較敏感。
雙相不銹鋼由于其特殊的優點,廣泛應用于石油化工設備、海水與廢水處理設備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業領域,近年來也被研究用于橋梁承重結構領域,具有很好的發展前景。
雙相不銹鋼分類
不銹鋼鋼種很多,性能各異,它在發展過程中逐步形成了幾大類。
按組織結構分,分為馬氏不銹鋼(包括沉淀硬化不銹鋼)、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體加鐵素體雙相不銹鋼等四大類;
按鋼中的主要化學成分或鋼中的一些特征元素來分類,分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等;
按鋼的性能特點和用途分類,分為耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、高強不銹鋼等;
按鋼的功能特點分類,分為低溫不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、超塑性不銹鋼等。目前常用的分類方法是按鋼的組織結構特點和鋼的化學成分特點以及兩者相結合的方法分類。一般分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼等,或分為鉻不銹鋼和鎳不銹鋼兩大類。
雙相不銹鋼的牌號和標準
我國新標準 GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成分》中加入了許多雙相不銹鋼牌號。如:14Cr18Ni11Si4AlTi、 022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti。更多的牌號見標準。
另外:著名的 2205 雙相鋼相當于我國的 022Cr23Ni5Mo3N.。
最后,一些網頁甚至論文將雙相不銹鋼寫作雙向不銹鋼是錯誤的。雙相是指金相組織的有兩種,而非方向的“向”。
雙相不銹鋼性能特點:
由于兩相組織的特點,通過正確控制化學成分和熱處理工藝,使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優點,它將奧氏體不銹鋼所具有的優良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物應力腐蝕性能結合在一起,正是這些優越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結構材料發展迅速,80年代以來已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個鋼類。
(1)含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。一般 18-8 型奧氏體不銹鋼在60°C以上中性氯化物溶液中容易發生應力腐蝕斷裂,在微量氯化物及硫化氫工業介質中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發器等設備都存在著產生應力腐蝕斷裂的傾向,而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。
(2)含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當量值(PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%)時,雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI316L相當。含25%Cr的,尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了 AISI 316L。
(3)具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質的條件下,適用于制作泵、閥等動力設備。
(4)綜合力學性能好。有較高的強度和疲勞強度,屈服強度是 18-8 型奧氏體不銹鋼的 2倍。固溶態的延伸率達到25%,韌性值 AK(V 型槽口)在 100J 以上。
(5)可焊性良好,熱裂傾向小,一般焊前不需預熱,焊后不需熱處理,可與 18-8 型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。
(6)含低鉻(18%Cr)的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬,抗力小,可不經過鍛造,直接軋制開坯生產鋼板。含高鉻(25%Cr)的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難,可以生產板、管和絲等產品。
(7)冷加工時比 18-8 型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大,在管、板承受變形初期,需施加較大應力才能變形。
(8)與奧氏體不銹鋼相比,導熱系數大,線 膨脹系數小,適合用作設備的襯里和生產復合板。也適合制作熱交換器的管芯,換熱效率比奧氏體不銹鋼高。
(9)仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向,不宜用在高于300°C的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低,σ等脆性相的危害性也愈小。
雙相不銹鋼的用途
用于煉油、化肥、造紙、石油、代工等耐海水耐高溫濃硝酸等熱交換器和冷淋器及器件、耐有機溶劑的物料和含有氯化物及硫化氫的物料 的輸送機。
雙相不銹鋼的主要代表牌號
DSS 一般可分為四類
低合金型-代表牌號:UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N)
中合金型-代表牌號:UNS S31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.1N)
高合金型-代表牌號:UNS S32550(22Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N)
超級雙相不銹鋼型-標準牌號:UNS S32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N)
低合金型 UNS S32304 不含鉬,在耐應力腐蝕方面可代替 AISI304 或 316 使用。
中合金型:UNS S31803 的耐蝕性能介于 AISI316L 和 6%Mo+N 奧氏體不銹鋼之間。
高合金型:一般含 25%Cr,還含有鉬各氮,有的還含銅墻鐵壁和鎢,這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr 的雙相不銹鋼超級雙相不銹鋼型:含高鉬和氮,有的也含鎢和銅,也適用于苛刻的介質條件,具有良好的耐腐蝕與力學綜合性能,可與超級奧氏體不銹鋼相比美。
常用雙相不銹鋼理化性能指標
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