双相不锈钢是指在它固溶组织中的铁素体相和奥氏体相约各占一半,一般最少相含量也需要达到30%。因此它兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点。双相不锈钢已广泛地应用于各工业领域,诸如纸浆和造纸、陆上和海上的油气工业、化学加工工业、运输业(化学品船和槽罐车)、制药和食品工业以及建筑业等。多用制反应容器,各工业设备和输送管道等。在大多数应用中,双相不锈钢被认为是具有成本效益的材料,填补了普通奥氏体不锈钢和高合金奥氏体不锈钢之间的空白。
(022Cr25Ni7Mo4N)S25073 / S32750 / 2507 双相钢是瑞典近年开发的超级双相不锈钢,商业牌号为SAF 2507,主要用于苛刻介质,尤其是含氯的环境,如海水等。钢中的高铬、高钼和高氮的平衡成分设计,使钢具有很高的耐应力腐蚀,耐点蚀和耐缝隙腐蚀的性能,而且在有机酸和一定范围的无机酸中也有很低的腐蚀率。一些国家已纳入标准,如美国的UNS S32750 ,德国的DIN X2Cr-NiMoN 25 7 4 ,瑞典的SS 2328 等。美国机械工程学会也认可2507双相钢适用于ASME 标准的锅炉和压力容器以及化工厂和炼油厂的管道标准。
一、化学成分和显微组织
(022Cr25Ni7Mo4N)SAF 2507双相不锈钢的化学成分 % | ||||||||||
牌 号 | 碳 | 硅 | 锰 | 硫 | 磷 | 铬 | 镍 | 钼 | 氮 | 铜 |
UNS S32750 | ≤0.030 | ≤0.80 | ≤1.20 | ≤0.020 | ≤0.035 | 24.0~26.0 | 6.0~8.0 | 3.0~5.0 | 0.24~0.32 | ≤0.50 |
022Cr25Ni7Mo4N S25073 | ≤0.030 | ≤0.80 | ≤1.20 | ≤0.020 | ≤0.035 | 24.0~26.0 | 6.0~8.0 | 3.0~5.0 | 0.24~0.32 | ≤0.50 |
此钢经固溶处理后,两相α/γ比约50/50。高温下两相组织比常规双相不锈钢要稳定,无疑对焊接HAZ有着重要的意义。
二、力学性能
SAF 2507双相不锈钢的室温力学性能 | ||||||
钢种 | 钢材品种 | σb/MPa | σ0.2/MPa | δs/% | HV | Ak/J |
SAF 2507 | 壁厚<20mm管 | 800~1000 | ≥550 | ≥25 | 290 | ﹣ |
热轧钢板 | 730 | 530 | 20 | ﹣ | 60 |
三、焊接性能
SAF 2507 双相不锈钢可用GTAW,GMAW,SMAW和SAW等焊接方法进行焊接,所使用的焊接材料见表1。25.10.4L用于GTAW法焊接,25.10.4LR和25.10.4.LB用于手工焊接,当焊件有较高韧性要求时,多采用25.10.4.LB碱性焊条。异种钢焊接时可采用的焊接材料表2.
SAF 2507双相钢使用焊接材料 % | |||||||||
Sandvik 牌号 | 碳 max | 硅 | 锰 max | 磷 max | 硫 | 铬 | 镍 | 钼 | 氮 |
25.10.4.L(焊丝) | 0.02 | 0.3 | 0.4 | 0.02 | 0.02 | 25 | 10 | 4 | 0.25 |
25.10.4.LR(钛型焊条) | 0.03 | 0.5 | 0.7 | 0.03 | 0.025 | 25 | 10 | 4 | 0.25 |
25.10.4.LB(碱性型焊条) | 0.04 | 0.4 | 0.9 | 0.03 | 0.025 | 25.5 | 9.5 | 4 | 0.25 |
SAF 2507双相钢与异种钢焊接时使用的焊接材料 | |||
SAF | 钢 种 | AISI 300系钢 | 904L、Sanicro 28、254SMO等 |
2507 | 25.10.4.L | 25.10.4.L | Sanicro 60 ① |
25.10.4.LR | 25.10.4.LR | Sanicro 60 ② | |
注:① Sanicro 60 (焊丝)为 Cr22Mo9Nb3.5Ni 合金 ; | |||
② Sanicro 60 (焊丝)为 Cr21Mo9Nb3.5Ni 合金 |
建议使用的线能量:0.2~1.5kJ/mm,为避免快速冷却,厚板焊接一般采用上限值,薄板焊接多采用下限值,控制层间温度不得超过150℃。GTAW法焊接时,采用纯氩或Ar+2%N2保护。
四、冷热加工性能
热成型温度范围有限,温度太低时,塑性较差的铁素体在变形区会严重开裂,温度过高时,铁素体过软也可能发生热撕裂,因此温度在控制中十分关键,SAF 2507 的热成型(加工)温度范围为1200~1025℃。热加工后的工件需进行固溶水淬。双相不锈钢在固溶温度下非常软,若工件没有足够的支撑,会发生扭曲和变形,这对大口径薄壁管材十分重要,扭曲的产品再成型或矫直比奥氏体困难。
SAF 2507 双相不锈钢在冷成型后,例如冷弯,一般变形量不超过10%~15%,不需要进行随后热处理,但是在苛刻介质条件下或是冷变形量较大量,还是要进行1050~1120℃加热,随后空冷和水冷处理。
五、材料用途
SAF 2507 双相不锈钢主要用于含氯化物的苛刻介质,如化工、石化和制造等工业。例如含胺20%NaOH溶液,高浓度甲酸及无水醋酸等,普遍用于练油、石化厂热交换器、海水冷凝器等。