材质双相不锈钢
工艺提升
1)合金元素和冷却速度
实验和理论计算表明:临界区加热后获得双相组织所需的临界冷却速率与钢中锰含量具有一定关系。其根钢中存在的合金元素,就可估算获得双相组织所需要的临界冷却速率,为热处理双相钢生产时,选择适当的冷却方法提供依据。
当钢的化学成分一定时,应在获得双相组织的前提下,尽可能采用较低的冷却速度,使铁素体中的碳有充分的时间扩散到奥氏体中,从而降低双相钢的屈服强度,提高双相钢的延性。如果钢中合金元素含量较4,临界冷却速度过高,冷却后铁素体中含有较高的固溶碳,不利于获得优良性能的双相钢,这时应改变钢的化学成分,增加钢中的合金元素含量,从而降低临界冷却速度,或者在双相钢的生产工艺中,加入补充回火工序,降低铁素体中的固溶碳,改善双相钢的性能。如果钢中含有强的碳化物形成元素,当估算临界冷却速率时,应考虑到这些元素对临界区加热时所形的奥氏体淬透性和有利影响,V和Ti的碳化物粒子可以通过相界面的钉扎作用提高奥氏体的淬透性,降低临界冷却速度.
2)两阶段冷却工艺
当钢中合金元素含量较低时,冷却速度较慢会得到铁素体加珠光体组织;冷却速度较快时,则铁素体中保留固溶碳较高,不利于降低屈服强度和提高延性。采用两阶段冷却可以改善双相钢的性能,即从临界区加热温度缓冷到某一温度,然后快冷。缓冷可以使铁素体中的碳向未转变的奥氏体富聚。而快冷则可以避免未转变的奥氏体等温分解,获得所需的双相组织和性能。例如0.08%C-1.4%Mn钢,从800℃;加热到水冷的力学性能为:σ0.2=365PMa,σb=700MPa,σ0.2/σb=0.52,eu=18%,et=21%。如采用两阶段冷却工艺,即在800℃;加热后,空冷到600℃;,然后水冷,其性能为:σ0.2=280MPa,σb=600MPa,σ0.2/σb=0.47,eu=21%,et=29%。两阶段冷却使双相钢的屈服强度降低,延性提高。
3)双相钢板热轧后盘卷温度的影响
对于一个给定成分的钢,临界区加热时奥氏体的淬透性可以通过钢板热轧后高温卷来修正。高温盘卷可使碳、锰等合金元素在第二组(珠光体或贝氏体)中明显富集。有利提高随后临界区处理时双相钢的综合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N钢的试验结果为例,采用两种工艺过程:一种为普通扎制工艺,终轧温度900℃;→油冷到600℃;盘卷→吹风冷到室温→冷轧70%→连续退火。两种盘卷工艺的碳和锰分布的分析结果可见高温盘卷可使碳和锰在第二相中明显富集,而普通的轧制工艺锰基本无富集趋势。
用高温盘卷以修正合金含量较低的钢在随后临界区处理时的淬透性,并降低热处理双相钢的屈服强度,提高其延性的技术,已在有关工厂用于热处理双相钢的生产,所得到的热处理双相钢板综合性能良好,板材各部位的性能均匀,纵向、横向性能一致。例如对0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al钢。
经过几十年的研制和开发,双相不锈钢因其的耐点蚀性能和力学性能越来越多地代替304L、316L不锈钢应用于石油化工、造纸、能源以及油、气等工业领域中。通常来说,除了在极端介质环境中(如304不锈钢处于煮沸的硝酸溶液中)不锈钢会发生全面腐蚀,不锈钢的腐蚀类型都为局部腐蚀。双相不锈钢在含氯介质中发生的腐蚀类型为局部腐蚀,常见也是多的是点蚀。
局部腐蚀是金属与环境接触的表面上发生的破坏,这种破坏局限发生于金属材料表面的特点局部位置,常以点、坑、裂纹、沟槽等形式出现。钝态金属材料常见的腐蚀类型有点蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。由于局部腐蚀难以预测和预防,往往在没有先兆的情况下发生金属或设备的突然破坏,因此容易造成事故、环境污染甚至人身伤亡的重大问题。各类腐蚀失效事故事例的调查结果表明,局部腐蚀破坏约占80%.另外,双相不锈钢由于其铁素体相和奥氏体相的合金成分存在差异,其在介质中的稳定性也不尽相同,因此双相不锈钢在一定介质环境中还会发生选择性腐蚀。
双相不锈钢的耐腐蚀性能
双相不锈钢在绝大多数标准奥氏体不锈钢应用的环境都显示出高的耐蚀性能,这是由于它们含铬量高,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。双相不锈钢相对较高的铬、钼和氮含量也使它们具有很好的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能,其双相结构在可能发生氯化物应力腐蚀断裂的环境是一个优势。如果双相不锈钢的显微组织中含有至少 25%到 30%的铁素体,则其耐氯化物应力腐蚀断裂的性能远比奥氏体不锈钢 304 或316强。但铁素体易发生氢脆,因此双相不锈钢在氢有可能进入金属的环境或应用中耐蚀性不高,会发生氢脆。