双相不锈钢性能特点及在各行业中的应用

所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量要达到30%的不锈钢。双相不锈钢是在18-8奥氏体不锈钢的基础上，提高Cr含量或者加入其他铁素体元素形成的，不仅具有奥氏体加铁素体双向组织，而且节约了Ni合金。由于双向不锈钢两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，双相不锈钢能够兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。双相不锈钢由于奥氏体的存在降低了高Cr铁素体的脆性和晶体长大的倾向性，又保持了优良的韧性和焊接性能;而铁素体的存在又提高了奥氏体的屈服强度、抗晶间腐蚀的能力和耐氯化物应力腐蚀能力。

　　双相不锈钢的优点

　　与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：

　　(1)屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造的储罐或压力容器的壁厚比采用普通奥氏体减少30%~50%，有利于降低成本。

　　(2)具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。

　　(3)在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，在一些介质(如醋酸、甲酸)中甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。

　　(4)具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的耐磨损腐蚀和耐疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。

　　(5)比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。

　　(6)不论在动载或静载条件下，双相不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞、爆炸等有实际应用价值。

　　与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：

　　(1)综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不像铁素体不锈钢那样对脆性敏感。

　　(2)除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。

　　(3)冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。

　　(4)焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前无须预热，焊后无须热处理。

　　(5)应用范围比铁素体不锈钢宽。

　　双相不锈钢的缺点

　　与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势有：

　　其一，应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，耐热性较低，其使用温度须控制在300℃以下。

　　其二，塑韧性比奥氏体不锈钢低，冷加工比奥氏体不锈钢的加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，须施加较大的力才能变形，使管、板产生的内应力大。含25%Cr的双相不锈钢比奥氏体不锈钢热加工困难。

　　其三，存在中温脆性区，必须严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。

　　与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势是：合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含Ni。

　　双相不锈钢的分类和牌号

　　截至目前，双相不锈钢的发展经历了三代，目前世界各国均有其牌号。典型的双相不锈钢可分为四类：

　　第一类属低合金型，代表牌号是UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1N)，钢中不含Mo，耐点蚀当量PRE值为24~25，在耐应力腐蚀方面可代替AISI304(0Cr18Ni9)或316(OCr17Ni12Mo2)使用。

　　第二类属中合金型，代表牌号是UNSS31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N)，PRE值为32~33，它的耐蚀性能介于AISI316L(OOCr17Ni14Mo2)和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。

　　第三类属高合金型，一般含25%Cr，还含有Mo和N，有的还含有Cu和W，标准牌号有UNSS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N)，PRE值为38~39，这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢。

　　第四类属超级双相不锈钢型，含高Mo和N，标准牌号有UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N)，有的也含W和Cu，PRE值大于40，可用于苛刻的介质条件，具有良好的耐蚀与力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相媲美。

　　双向不锈钢的应用

　　双相不锈钢以独有的优势广泛应用于各个工业领域。

　　纸浆和造纸工业

　　纸浆和造纸工业是最早使用双相不锈钢的加工工业。使用双相不锈钢代替304和316奥氏体不锈钢制成的硫酸和亚硫酸蒸煮锅，提高了蒸锅的耐腐蚀能力和强度，同时壁厚减少很多，降低了蒸锅的总重量。

　　化学加工业

　　化学加工业所涉及的范围非常广，工况也较为复杂。保存工业湿法磷酸的储槽，通常用316L或317L奥氏不锈钢来制造，但壁很厚。采用2205双相不锈钢，强度几乎高出316L和317L一倍，且能减少壁厚，从而减少储槽的重量和费用。同时，在工业硫酸环境中，特别是在含有氯离子的情况下，2205双相不锈钢的耐局部腐蚀能力比奥氏体不锈钢更好。

　　食品和饮料工业

　　食品和饮料工业生产一般在含氯离子的热溶液中进行加工。双相不锈钢在耐应力腐蚀破裂方面具有独特的优势。因此，根据使用环境的不同，可选用不同双相不锈钢，而且在总费用上也比奥氏体不锈钢占优势。

　　运输业

　　由于双相不锈钢的高强度和优良的耐腐蚀性能，其在用于制作化学品船时有很大的优势，减轻了船的重量，降低了燃料的消耗。在这方面，使用最多的是22%Cr双相不锈钢。此外，还可满足所载货物需要材料的耐腐蚀性能。

　　建筑业

　　在沿海地区，空气中充满了从海水蒸发出来的海洋大气，其中氯离子浓度要比内陆的空气高得多，因此需要耐海水腐蚀的材料。双相不锈钢的耐腐蚀正具有这一优势，而且其高强度还可减轻重量。目前，有许多海上石油平台采用双相不锈钢来制造防爆墙。

　　石油化工工业

　　石油化工和化学工业腐蚀环境的特征是反应温度较高，介质中常含有高浓度或中等浓度的氯化物，容易诱发不锈钢的应力腐蚀断裂。因此，这一领域中不仅需要双相不锈钢，更多的还要使用超级双相不锈钢。

　　炼油工业是使用双相不锈钢较多的领域之一，主要用在常减压蒸馏、催化裂化加氢脱硫等装置，国内外都有使用。另外，双相不锈钢在酸性气和油的生产中用量逐渐增多，主要用作生产管衬里、岸上和近海的管道系统以及热交换器。

　　此外，双相不锈钢还成功地应用在废水处理换热器、热水管、热水器中。

　　结语

　　双相不锈钢经过三代的发展和完善，从生产、加工制造和应用来看，在一些用途上已取代了奥氏体不锈钢。双相不锈钢以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既减轻重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。尤其是近年来超级双相不锈钢也逐渐步入市场，为扩大双相不锈钢的选用和新钢种的开发进一步创造了条件。