由于现代工业技术的发展,传统的奥氏体不锈钢经常遭到晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等局部腐蚀的破坏,双相不锈钢在上述腐蚀类型中表现出了某些优越性,为其发展与应用带来了巨大的动力。
双相不锈钢是指在奥氏体不锈钢的基础上提高铁素体形成元素铬、锰、硅、铌等元素含量,降低奥氏体形成元素镍、碳、锰、氮的含量,从而得到的奥氏体-铁素体双相组织,它兼有铁素体和奥氏体钢的性能特点,而且此两相组织要独立存在,且含量较大。
双相不锈钢的物理性能介于铁素体钢和奥氏体钢之间,与奥氏体钢相比,热导率大,热膨胀系数小,并具有铁磁性。一般认为,在奥氏体基体上有大于或等于15%的铁素体或在铁素体基体上有大于或等于15%的奥氏体,均可称为奥氏体+铁素体双相不锈钢,简称为双相不锈钢。
奥氏体相的存在降低了铁素体钢的脆性和晶粒长大速度,提高了韧性和可焊性;铁素体相的存在提高了奥氏体钢的屈服强度,耐应力腐蚀、晶间腐蚀和孔蚀性能也显著提高。双相不锈钢的屈服强度约为18-8型奥氏体钢的2~3倍,抗拉强度与奥氏体钢相当,断裂伸长率较低。由于双相不锈钢中铁素体含量较多,双相不锈钢仍保留有铁素体钢的脆性问题。随钢中铁素体相比例增大,钢的韧性降低,脆性倾向增大。但由于奥氏体相的存在,双相不锈钢的脆性倾向明显比铁素体钢要低。
双相不锈钢连续使用的温度范围为-50℃~250℃,一般不宜在300℃以上使用。双相不锈钢一般含铬18%~28%,镍的含量不超过8%,往往加入钼、铜、钛、铌等元素提高耐蚀性。由于镍含量低,价格并不比奥氏体钢更高。双相不锈钢具有优良的冷、热加工性能和焊接性能,焊接后热裂的倾向比奥氏体钢低,脆化倾向比铁素体钢低。但焊接会导致焊缝区域铁素体含量增多以及晶间腐蚀敏感性增大,为了保证焊缝性能,双相不锈钢焊接应采用特定钢种推荐的专用焊接材料和焊接规范,焊后焊缝组织中应含有50%左右的奥氏体相。为了避免脆性相析出,高铬钼双相不锈钢的热处理及热加上温度不能低于950℃,低铬钼钢不能低于900℃。
双相不锈钢在通常的腐蚀介质中都能钝化,所以具有很好的耐腐蚀性能,以18-5型双相不锈钢为例,它耐硫酸、盐酸、甲酸、磷酸、草酸腐蚀性能均优于奥氏体316L型不锈钢,仅是耐硝酸腐蚀性稍差,Cr21 和Cr25型双相不锈钢在各种介质中的耐蚀性都超过316L钢。双相不锈钢的突出优点是耐应力腐蚀破裂,其主要原因是:由于两相组织存在,应力腐蚀裂纹在穿过相界时频繁受阻,扩展困难;双相不锈钢屈服强度较高,在相同外加压力下不易发生滑移变形,裂纹难于形成;铁素体相对于奥氏体是阳极,对奥氏体相可起到一定的阴极保护作用。即便在多硫酸和高温水中,双相不锈钢也有很强的耐应力腐蚀破裂能力。
双相不锈钢通常分为四类:
1. 低合金型双相不锈钢:这类钢的合金成分以铬、镍为主,且含量偏低。点蚀当量指数PRF不大于25。
2. 中合金型双相不锈钢:与低合金型双相不锈钢相比,加入了钼或铜。点蚀当量指数 PRE在25~35之间。
3. 高合金型双相不锈钢:这类钢有较高含量的铬、镍及钼、铜等合金元素,点蚀当量指数PRE在35~40之间。
4. 超级双相不锈钢:这类钢除含有较高量的铬、镍、钼、氨合金元素外,有的还加入钨、铜元素。点蚀当量指数PRE大于40。