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双相不锈钢的国内外应用 |
2007-05-20 |
| 双相不锈钢已实用化多年，尤其是当代超低碳含氮双相不锈钢克服了焊接方面的一些问题，结合双相不锈钢所具有的耐局部腐蚀和综合力学性能好的一些优点，为焊接结构材料的大量推广应用创造了条件，近年市场销售量增加很快，加之随着超级双相不锈钢的步入市场，扩大了在一些苛刻介质中的应用，使双相不锈钢的应用范围不断拓宽，也积累了不少实际使用经验，为双相不锈钢的选用和新钢种的开发进一步创造了条件。
双相不锈钢既有一般不锈钢的共性，也有他本身的特性规律，因此，在双相不锈钢的合理选用方面，除了必须遵循一般不锈钢的选用需要考虑的各种因素外，还需要考虑双相不锈钢的特性规律。
本讲座将就双相不锈钢安全使用的几点限制和特殊要求以及在主要领域中的国内外应用作一介绍，其中涉及一些在使用中的失效事例分析，以求有助于双相不锈钢的正确选用。
1. 双相不锈钢安全使用的几点限制和要求
① 需要对相比例进行控制，最合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半，其中某一相的数量最多不能超过65%，这样才能保证有最佳的综合性能。如果两相比例失调，例如铁素体相数量过多，很容易在焊接HAZ形成单相铁素体，在某些介质中对应力腐蚀破裂敏感。
②需要掌握双相不锈钢的组织转变规律，熟悉每一个钢种的TTT和CCT转变曲线，这是正确指导制定双相不锈钢热处理，热成型等工艺的关键，双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。
③双相不锈钢的连续使用温度范围为-50～250℃，下限取决于钢的脆性转变温度，上限受到475℃脆性的限制，上限温度不能超过300℃。
④双相不锈钢固溶处理后需要快冷，缓慢冷却会引起脆性相的析出，从而导致钢的韧性，特别是耐局部腐蚀性能的下降。
⑤高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度不能低于950℃，超级双相不锈钢不能低于980℃低铬钼双相不锈钢不能低于900℃，避免因脆性相的析出在加工过程造成表面裂纹。
⑥不能使用奥氏体不锈钢常用的650-800℃的消除应力处理，一般采用固溶退火处理。对于在低合金钢的表面堆焊双相不锈钢后，需要进行600-650℃整体消应处理时，必须考虑到因脆性相的析出所带来的韧性和耐腐蚀性，尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题，尽可能缩短在这一温度范围内的加热时间。低合金钢和双相不锈钢复合板的热处理问题也要同此考虑。
⑦需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律，不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接，双相不锈钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系，一些设备的失效往往与焊接有关。关键在于线能量和层间温度的控制，正确选择焊接材料也很重要。焊接接头（焊缝金属和焊接HAZ）的两相比例，尤其是焊接HAZ维持必要的奥氏体数量，这对保证焊接接头具有与母材同等的性能很重要。多层焊的有利，不能采用过低的线能量，TIG焊时必须填丝等?这些都是有别于奥氏体不锈钢的焊接。
⑧在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时，要注意钢的耐腐蚀性总是相对的，尽管双相不锈钢有较好的耐局部腐蚀性能，就某一个双相不锈钢而言，他也是有一个适用的介质条件范围，包括温度、压力、介质浓度、pH值等，需要慎重加以选择。从文献和手册中获取的数据很多是实验室的腐蚀试验结果，往往与工程的实际条件有差距，因此在选材时需要注意，必要时需要进行在实际介质中的腐蚀试验或是现场条件下的挂片试验，甚至模拟装置的试验。
2.中性氯化物环境
在加工工业中经常使用含有少量氯离子的淡水作为冷却水,导致在使用304L,316L等奥氏体不锈钢时,有产生应力腐蚀破裂(SCC)的危险,这方面的损坏事例是相当多的,而双相不锈钢正是可以代替常用的奥氏体不锈钢解决这一问题,尤其适用于由孔蚀引起的SCC场合.
影响氯化物SCC的主要因素是:
①在特殊环境---材料组合的条件下,产生SCC的临界应力.
②介质的浓度,pH值,介质氧化还原的性质,特别是溶氧或其他氧化杂质 .
③温度:随温度升高,SCC倾向加重,产生SCC的临界温度值是重要的参数,但也不是绝对的,还受其他因素的制约,例如通常认为60℃是300系不锈钢的SCC临界温度,但是在pH值很低的情况下,316钢可以在远低于60℃就发生SCC.
正是由于影响SCC的因素复杂,因此,在考虑双相不锈钢的使用条件时,除了实验室的各种SCC数据和性能曲线外,值得重视的是实际使用的经验极其与实验室的SCC数据的对比与汇总.瑞典针对在通气的中性氯化物溶液中大量使用的SAF2304,SAF2205以及Sanico28钢作了氯离子浓度与温度关系的汇总图.
本网站jack先生在技术资料栏已公布.
温度是一个很重要的参数，在较宽的Clˉ浓度范围内SCC是否发生取决于温度，在通气的氯化物环境中几种双相不锈钢和奥氏体不锈钢的产生SCC的临界温度值分别为：
钢种 临界（极限）温度
304/304L 60℃
316/316L 60℃
SAF 2304 (00Cr23Ni4N) 150℃
3RE60 (00Cr18Ni5Mo3Si2) 175℃
SAF 2205(00Cr22Ni5Mo3N) 175-200℃
Sanicro 28 (00Cr27Ni31Mo3.5Cu) 200-250℃
降低氧含量将显著提高临界温度值，根据试验数据和实际使用经验，3RE60钢在高于175℃不发生SCC的Clˉ、[O]浓度关系为：[Clˉ]×[O]＜40ppm2 .
以上数据对双相不锈钢在中性氯化物环境中的选材有参考价值。
有关文献根据一些厂家提出的双相不锈钢供货的指导意见，汇总出双相不锈钢氯化物S
CC的判据如下:
环境 结果
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18Cr型
0.1-1% Clˉ，7-10ppm [O] ≤175℃无破裂
20ppm Clˉ，1ppm[O] ≤295℃无破裂
100ppm Clˉ ≤200℃无破裂
22Cr型
100ppm Clˉ ≤200℃无破裂
超级双相不锈钢
100ppm Clˉ，通气 ≤200℃无破裂
纸浆生产中的“白液” 在屈服应力下≤150℃无破裂
30%NaCl，110℃ 在90%屈服应力下30d无破裂
1%NaCl，pH 4.8，5-10ppm [O] 在屈服应力下≤250℃无破裂
国内外积多年的使用经验，双相不锈钢在中性氯化物的介质中，尤其大量用作接触含Cl
ˉ冷却水的热交换器的管材，损坏事例不多，但是在有氯离子富集处或是含有H2S的酸性氯化物溶液中也会出现应力腐蚀破裂现象。此外，值得注意的是问题往往发生在制造工艺不恰当或是选材不配套而使设备失效的，举例如下：
一是一台聚乙烯混合气体冷却器，采用SAF 2205换热管，304L的管板，壳程介质为含10
0ppm Clˉ的淡水。短期使用后发现始于管与管板间的缝隙腐蚀导致304L管板产生SCC损坏，这是选材不配套造成的失效。
另一是一台反应器的同心盘管，8个月使用后，在管外壁的弯曲部位（拱背）出现SCC裂
纹。冷凝水含Clˉ很低(＜10ppm＝，操作温度220℃。检查发现断裂发生在高塑性的形变区，硬度由250HV提高到420HV，这是由于弯管（管外径Φ60mm）时的强烈冷变形导致残余拉应力过高，在高温含Clˉ环境中引起的SCC。管芯在装配前应进行消除应力处理。
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