1. 双相不锈钢的化学成分与相比例
双相不锈钢按铬的含量不同,可分成Cr18型、Cr21型和Cr25型三类,几种常用的国内外双相不锈钢牌号和化学成分见表4-20。这三类双相不锈钢的相比例(体积分数,%)大致为:铁素体相为40~60,奥氏体相为60~40。这个相比例为双相不锈钢的理想比例,对提高耐应力腐蚀能力极为有利。
2. 固溶处理的温度对双相不锈钢相比例的影响
双相不锈钢相比例一方面取决于钢材的化学成分,同时也与钢材供货状态的固溶处理温度有关。同一牌号的双相不锈钢,其固溶处理温度不同,所获得相比例差异很大,它直接影响到钢材的耐应力腐蚀性能。例如,双相不锈钢022Cr19Ni5Mo3Si2N钢板,取其试样分别在850、900、980、1100、1200及1250℃进行固溶处理,采用磁性法测量出不同温度处理后的铁素体含量,然后分别放在100℃质量分数为40%的CaCl2溶液中进行U形弯曲试样的应力腐蚀对比试验。试验结果表明该钢以980℃固溶处理的温度为最佳。在此温度下固溶处理后铁素体的体积分数为57%,试验时间超过5000h后才产生应力腐蚀;1250℃的固溶处理后的试样,只经过10多个小时就发生了应力腐蚀,试样铁素体的体积分数高达97%。可见同一化学成分的同一牌号钢材经过不同温度的固溶处理,可获得相比例差异极大的组织。钢材中铁素体含量过高,造成粗大铁素体的数量多,钢材耐应力腐蚀的能力将大大降低。
3. σ相及其不良影响
双相不锈钢中的σ相是从铁素体相中形成的。它使钢变脆,降低了钢的延展性和耐冲击韧度,使钢材加工过程易产生各种缺陷。不同的钢材,形成σ相的温度也有差异。随着σ相数量的增加,钢材耐蚀性将明显下降。
4. 475℃脆性
双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两相组成的,其中铁素体所占体积比例很大,铁素体型不锈钢所具有的特征在双相不锈钢中也能表现出来。475℃脆性同样也发生在双相不锈钢的铁素体相内。475℃脆性提高了钢材硬度,但却大大降低了其冲击韧度值。有时为了使双相不锈钢兼有耐磨性时,也可利用475℃时效来达到提高其耐磨性的目的。除此,在使用双相不锈钢结构中应尽量避免在此温度长期工作。当然可以通过重新固溶处理来消除475℃脆性。
5. 合金元素氮、碳对双相不锈钢耐应力
在奥氏体相中碳和氮是强烈的奥氏体形成元素,它们对钢的耐腐蚀是不利的,所以在双相不锈钢中要控制w(C)≤0.03%。而氮却有独特之处:在焊接接头热影响区快速冷却时,氮能促进高温下形成的铁素体逆转得到足够的奥氏体数量,以维持必要的相平衡来提高焊接接头耐蚀性,这是其他合金元素无法替代的,所以说利用和控制双相不锈钢中氮含量是一个极为重要的因素。含有φ(N)0.11%的双相不锈钢的应力腐蚀破裂敏感性指数为最小(见图4-3);氮含量对022Cr19Ni5Mo3Si2N双相钢应力腐蚀破裂时间的影响规律如图4-4所示,从图中可以看到,氮的体积分数接近0.11%的双相不锈钢应力腐蚀破裂时间最长。当氮的体积分数为0.11%时,双相不锈钢中的奥氏体体积分数为71%(见图4-5),而一般认为双相不锈钢耐应力腐蚀的奥氏体相最适宜的体积分数为50%~60%。
其他合金元素对钢在不同介质中耐应力腐蚀能力的影响较为复杂,如钼和铜对钢在MgCl2溶液中抗应力腐蚀不利,而对其在高温水中的耐应力腐蚀能力则有利;硅使钢材在MgCl2、CaCl2溶液中有较好的耐应力腐蚀性能,而在高温水中则不耐应力腐蚀。