双相不锈钢

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双相不锈钢的性能特点有哪些

来源:至德钢业 日期:2020-08-25 22:26:11 人气:84

 通常的几种双相不锈钢及单一的奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的力学性能的对比如表所示,从表中可以看出双相不锈钢的屈服强度大约为304不锈钢的2~3倍。当材料中的间隙元素含量相同时,铁素体相通常要比奥氏体相更硬但是其塑性则不如奥氏体相。由于双相不锈钢中同时含有铁素体相及奥氏体相,最终的材料的性能可能为两相的线性混合法则决定的。这对于伸长率的判定接近实际值,但是对于抗拉强度的判定复杂。这主要是因为抗拉强度更加依赖于晶粒的尺寸,通常双相不锈钢中的晶粒尺寸会比较细小。


  双相不锈钢的拉伸性能主要由不锈钢中的铁素体相来控制的,与之相反Floreen和Hayden认为双相不锈钢主要由奥氏体相来控制。他们认为由于塑性更好的奥氏体相的存在一定程度上延缓了铁素体的解理断裂。然而,从表中可以看出尽管超级双相不锈钢的冲击韧性达到了很高的230J,但是随着合金含量的增加退火状态材料的韧性却相应降低。值得注意的是在-60℃或者更低的温度下双相不锈钢会发生由塑性向脆性的转变,这是在大多数应用中不尽如人意的方面。


  双相不锈钢中的析出相σ相、氮化铬(Cr2N,CrN)、第二相奥氏体、χ相、R相、π相、碳化物(M7C3,M23C6)、铜以及τ相也会对其韧性产生一定的影响,前面已经作相应介绍。


  由于双相不锈钢具有比奥氏体不锈钢更高的强度,双相不锈钢同时也具有更高的疲劳强度。此外,在应力控制的疲劳试验中双相不锈钢展示出了更高的疲劳极限。至德钢业展示了静力强度的增大能够促进疲劳强度的增加,例如,利用冷加工方法可以将材料的拉伸强度提高到100MPa之后进入平稳阶段(具体结果见图)。从中可以得出不锈钢的疲劳性能强烈的依赖于应力轴的方向。


  在腐蚀条件下双相不锈钢的疲劳强度下降并且无法观测到材料的真实疲劳极限。这种疲劳和腐蚀之间的相互作用是十分复杂的,但是在抗点蚀性能和抗疲劳腐蚀性能之间有很强的联系,这可能是由于点状腐蚀为疲劳裂纹的形成提供了起始点。在不同型号的双相不锈钢中可以发现合金元素能够提升材料的耐点蚀当量(PRE),从而能够使双相不锈钢具备更强的抗疲劳腐蚀的性能。


  尽管双相不锈钢具有引人注目的力学性能,但是能够获得如此大的关注主要还是由于双相不锈钢具备优良的耐腐蚀性能(如抗点状腐蚀、应力腐蚀以及晶间腐蚀等)。双相不锈钢这种耐腐蚀行为在许多的腐蚀环境下相当于或者更优于添加了铬元素及钼元素的奥氏体不锈钢。


  不锈钢的耐点蚀性能主要依赖钢中的化学组成。一般来说,双相不锈钢的抗点蚀性能至少和含有相同含量铬及钼元素的奥氏体不锈钢保持一致,实际上由于现代多数的双相不锈钢都会添加N元素使得其耐点蚀性能更强,尤其在含有氯化物的环境下更加明显。众所周知,铬、钼及氮元素能够提升Fe-Ni-Cr合金的抗点蚀性能。图展示了不同种类的不锈钢的耐点蚀当量(PRE)和临界点蚀温度(CPT),从图中可以看出奥氏体不锈钢和双相不锈钢的耐点蚀当量(PRE)和临界点蚀温度(CPT)基本呈现线性关系。点状腐蚀对双相不锈钢中的铁素体和奥氏体的比例并不敏感,而是由化学元素所控制的。


  当合金经受腐蚀和应力的共同作用会发生应力腐蚀开裂从而失效,通常双相不锈钢的腐蚀形式是穿晶,而对于一些敏感的不锈钢尤其是奥氏体不锈钢的腐蚀开裂形式晶间开裂。与耐点蚀性能相似,抵抗应力腐蚀开裂的性能主要是依赖材料总体的化学组成和显微结构共同作用的结果,然而应力腐蚀开裂对显微结构更加敏感。大量研究表明含有适中含量镍元素的奥氏体不锈钢比双相不锈钢对应力腐蚀开裂更加敏感。


  经过数十年的研究通过调节焊缝金属及母材的化学成分以及焊接参数的优化,目前双相不锈钢的焊接已经取得了令人瞩目的进展。由于早期的双相不锈钢的含碳量能够达到0.10%,从而会受到形成的碳化物的影响。实际上想要在焊接过程中避免热影响区中析出碳化物是不可能的,同时这也会导致焊缝的韧性及耐腐蚀性能明显下降。此外,在这些钢中铁素体相的含量通常要更高一些这也经常会导致全部铁素体的聚集。与之相反,现代的双相不锈钢的含碳量更低并且富含更多的氮元素。这可以使得碳化物的析出的量明显的下降,同时由于奥氏体稳定元素氮元素的高扩散率能够形成更多的奥氏体最终提升了焊缝的韧性。然而还应该重视在很快的冷却速度的条件下,如果铁素体相中的氮元素的含量过多时会导致氮化物的析出。此外,可以看作是冷铸区域的热影响区会存在残余应力进而影响材料的性能。


  热影响区HAZ是经受从室温到熔点温度的循环作用的区域,此区域连接焊缝区。此外,冷却和加热速率会随着线能量、结构参数及相对于焊缝的位置发生显著的变化。由于多层焊会引起重复加热和冷却这使得情形变得更加复杂,冷却和加热速率会强烈依赖于层间温度。在其他的钢中,由于焊缝金属具备铸造的组织结构并且循环加热能够导致显微结构的变化,这些因素使得这些钢对杂质敏感。材料内部残留的内应力会直接影响材料的应力腐蚀性能。


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