奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼是指不銹鋼中既有奧氏體又有鐵素體組織結構的鋼種,而且此二相組織要獨立存在,含量都較大,一般認為最少相的含量應大于15%.而實際工程中應用的奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼(習慣稱α+Y雙相不銹鋼或雙相不銹鋼)多以奧氏體為基并含有不小于30%的鐵素體,最常見的是兩相各約占50%的雙相不銹鋼。雙相不銹鋼英文簡寫是DSS (Duplex Stainless Steel)。


  由于具有a+Y雙相組織結構,雙相不銹鋼兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點。與鐵素體不銹鋼相比,a+γ雙相不銹鋼的韌性高,脆性轉變溫度低,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高;同時又保留了鐵素體不銹鋼的一些特點,如475℃脆性、導熱系數高、線膨脹系數小、具有超塑性、有磁性等。與奧氏體不銹鋼相比,a+Y雙相不銹鋼的強度高,特別是屈服強度顯著提高,且耐晶間腐蝕、耐應力腐蝕、耐腐蝕疲勞等性能有明顯的改善。


  α+γ雙相不銹鋼又分為Cr-Ni型和Cr-Mn-N型。目前實際工程中最常用的α+Y雙相不銹鋼是Cr-Ni型,可分為四類,低合金型、中合金型、高合金型及超級雙相不銹鋼型,見表1-5。


表 5.jpg


 a+γ雙相不銹鋼的性能主要受a和Y相比例的影響,研究結果表明:a和Y相各占50%時,a+γ雙相不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能和焊接性能。在平衡狀態下,a+Y雙相不銹鋼兩相比例主要是由鋼中合金元素的含量來決定的,即由鉻當量和鎳當量來決定的。


 如圖1-7,當雙相不銹鋼加熱溫度足夠高時,就會發生γ→α轉變,當達到1200~1300℃時,某些鋼種可以呈現單相鐵素體,急冷時會出現單相鐵素體,冷卻速度較慢時,析出的奧氏體量仍有可能不完全。在重新熱處理后,新析出的奧氏體稱為二次奧氏體Y2,析出速度相當快,其形態呈針狀和羽毛狀。二次奧氏體量隨回火溫度的提高和保溫時間的延長而逐漸增加,而且體積也長大,這種狀態的α+γ雙相組織一般比較粗大,性能不好。


 當加熱溫度低于1050℃時,碳化物可在a-γ相界上形成,由于有相對高鉻的鐵素體供鉻,相對高碳的奧氏體供碳,最易形成Cr23C6型碳化物。碳化物的長大消耗了相鄰區域的鉻量,加之鉻在鐵素體中的擴散速度很快,于是,這部分原來為鐵素體隨即轉變為奧氏體,這樣便形成了碳化物和奧氏體的聚集區。由于雙相不銹鋼絕大部分為超低碳,所以能析出的碳化物有限,尚不足以在a-Y晶界(相界)上形成網狀碳化物。因此,對超低碳雙相不銹鋼而言,一般不必擔心碳化物析出帶來的危害。


 合金元素的含量直接影響到雙相不銹鋼的相比例和有關性能。鎳的主要作用是調整雙相不銹鋼有一個合理的相比例。氮是強烈形成奧氏體的元素,在雙相不銹鋼中,高溫時氮穩定奧氏體的能力也比鎳大,氮還能提高雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能。鉻是保證雙相不銹鋼有合理相比例的主要鐵素體形成元素,隨著鉻含量的增加,雙相不銹鋼耐蝕性也提高。鉬是鐵素體形成元素,鉬能提高雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能,但鉬含量較高時,會增加鋼的脆性。鎢是鐵素體形成元素,鎢能提高雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能。銅能提高鋼在還原性介質中的耐蝕性。在氯化物環境中影響孔蝕的主要合金元素是鉻、鉬和氮,為了描述合金元素含量與腐蝕性能之間的關系,學者們建立了數學關系式,其中應用最普遍的是稱之為孔蝕抗力當量值:


(PRE)或稱孔蝕指數的數學關系式:PRE(PREN)=%Cr+3.3 × %Mo+X × %N (其中X=10~30,通常X=16)


  此關系式只考慮鉻、鉬和氮的影響時,可表示為PREN,隨后又建立了考慮其他元素的數學關系式??紤]鎢的影響時,表示為PREW;考慮錳的影響時,表示為PRE Mn;;考慮硫、磷的影響時,表示為PRE(S+P)。


   PREW=%Cr+3.3×(%Mo+0.5%w)+16×%N

 

   PRE Mn=%Cr+3.3×%Mo+30×%N-%Mn


  PRE(S+P)=%Cr+3.3×%Mo+30×%N-123×%(S+P)


  這些關系式出了一個快捷的評估孔蝕抗力的方法。