雙相不銹鋼合金

雙相鋼(dual-phase，簡稱DP鋼)，又稱復(fù)相鋼。由馬氏體、奧氏體或貝氏體與鐵素體基體兩相組織構(gòu)成的鋼。一般將鐵素體與奧氏體相組織組成的鋼稱為雙相不銹鋼，將鐵素體與馬氏體相組織組成的鋼稱為雙相鋼。雙相鋼是低碳鋼或低合金高強度鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制后而獲得。典型的雙相鋼屈服強度σs為310MPa，拉伸強度σb為655MPa。雙相鋼用于制造冷沖、深拉成型的復(fù)雜構(gòu)件，也可用作管線鋼、鏈條、冷拔鋼絲、預(yù)應(yīng)力鋼筋等。

性質(zhì):指主要由鐵素體相和馬氏體相組成的鋼，可由低碳鋼或低合金鋼經(jīng)臨界區(qū)處理或控制軋制而得到。這類鋼具有高強度和高延性的良好配合，已成為一種強度高、成形性好的新型沖壓用鋼，成功的用于汽車產(chǎn)業(yè)等。

由于兩相組織的特點，通過正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點，它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，正是這些優(yōu)越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展迅速，八十年代以來已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個鋼類。雙相不銹鋼有以下性能特點:

(1)含鉬雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60°C以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質(zhì)中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設(shè)備都存在著產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。

(2)含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當(dāng)量值(PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%)時，雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI 316L相當(dāng)。含25%Cr的，尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI316L。

(3)具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質(zhì)的條件下，適用于制作泵、閥等動力設(shè)備。

(4)綜合力學(xué)性能好。有較高的強度和疲勞強度，屈服強度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達(dá)到25%，韌性值A(chǔ)K(V型槽口)在100J以上。

(5)可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可與18-8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。

(6)含低鉻(18%Cr)的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬，抗力小，可不經(jīng)過鍛造，直接軋制開坯生產(chǎn)鋼板。含高鉻(25%Cr)的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可以生產(chǎn)板、管和絲等產(chǎn)品。

(7)冷加工時比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大，在管、板承受變形初期，需施加較大應(yīng)力才能變形。

(8)與奧氏體不銹鋼相比，導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合用作設(shè)備的襯里和生產(chǎn)復(fù)合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。

(9)仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300°C的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。

雙相不銹鋼從20世紀(jì)40年代在美國誕生以來，已經(jīng)發(fā)展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達(dá)400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍，因此可以節(jié)約用材，降低設(shè)備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質(zhì)環(huán)境比較惡劣(如海水，氯離子含量較高)的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。

雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，由于晶粒嚴(yán)重粗化而使塑韌性大幅降低，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。

雙相不銹鋼由于其特殊的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、海水與廢水處理設(shè)備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業(yè)領(lǐng)域，近年來也被研究用于橋梁承重結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。

雙相不銹鋼根據(jù)PRE值高低的分類:

PRE(即鋼中Cr%+3.3×(Mo+1/2W)%+16×N%)值。

1、低合金型雙相鋼: 代表牌號:UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N),鋼中不含鉬，耐點蝕當(dāng)量，PRE值為24-25，在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替AISI304(0Cr18Ni9)或316L(00Cr17Ni12Mo2)使用。

2、中合金型雙相鋼: 代表牌號:UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N)，PRE值為32-33，它的耐蝕性能介于AISI316L(00Cr17Ni12Mo2)和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。

3、高合金型雙相鋼: 這類雙相不銹鋼含鉻高達(dá)25%，在雙相不銹鋼系列中出現(xiàn)最早，如美國的329，隨后各主要工業(yè)國家都有發(fā)展，牌號也較多，應(yīng)用也很廣泛。早期發(fā)展的有低碳不含鉬的Cr25Ni5型雙相鋼，如IN-744(0Cr26Ni6Ti)，2323(0Cr26Ni5)等，隨后各國發(fā)展了一批1%~3%Mo的高鉻雙相不銹鋼，提高了鋼的耐蝕性，擴大了使用范圍，并先后納入標(biāo)準(zhǔn)，如329J1(0Cr25Ni5Mo2)，DIN1.4582(0Cr25Ni7Mo1.5)等，但是焊后因近焊縫區(qū)的鐵素體數(shù)量增多，甚至可能成為單相組織惡化了鋼的性能，從而限制使用;為了解決這一問題，二十世紀(jì)七十年代以后發(fā)展了兩相比例更加適宜的超低碳含氮雙相不銹鋼，除鉬以外，有的牌號還加入了銅、鎢等進一步提高耐腐蝕性的元素。如NTK R-4(00Cr25Ni5Mo2N),DP3(00Cr25Ni7Mo3WCuN)等。

4、超級雙相鋼: 是指PREN>40，含25%Cr和高鉬(>3.5%)，高氮(0.22%~0.30%)的雙相鋼，主要牌號有UNS S32550(UR52N+)、S32750(SAF 2507)和S32760(Zeron 100)，分別是法國CLI、瑞典SANDVIK和英國MATER+PLATT等公司開發(fā)的，它們的變形材約在1990和1991年先后問世，近年走入市場。這三種鋼的成分是相近的，區(qū)別在于鎢和銅的含量不同。

我國新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學(xué)成分》中加入了許多雙相不銹鋼牌號。如:14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti等。更多的牌號見標(biāo)準(zhǔn)。

另外:著名的2205雙相鋼相當(dāng)于我國的022Cr23Ni5Mo3N.。

常用雙相和奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分

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USNP牌號 合金牌號 化學(xué)成分,Wt%

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C Cr Ni Mo N PREN*

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雙相不銹鋼 S32304 SAF2304 0.03 23 4.5 - 0.1 25

S31803 SAF2205 0.03 22 5.0 3.2 0.18 35

S32750 SAF2507 0.03 25 7.0 4.0 0.3 43

奧氏體不銹鋼 S30403 304L 0.03 18 8.0 - 0.1 20

S31603 316L 0.03 16 11.0 2.0 0.1 24

S31703 317L 0.03 18 11.0 3.0 0.1 30

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最后，一些網(wǎng)頁甚至論文將"雙相不銹鋼"寫作"雙向不銹鋼"是錯誤的。雙相是指金相組織的有兩種，而非方向的"向"。

實際工程中應(yīng)用的奧氏體+鐵素雙相不銹鋼(習(xí)慣稱α+γ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。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼也是一種節(jié)鎳不銹鋼。

太鋼雙相不銹鋼中標(biāo)港珠澳大橋

2013年1月16日上午，太鋼自主研發(fā)的雙相不銹鋼鋼筋新型材料成功中標(biāo)港珠澳大橋工程。在眾多國際知名不銹鋼企業(yè)參與競標(biāo)的情況下，太鋼依靠強大的技術(shù)研發(fā)實力、完善的質(zhì)量保證體系和優(yōu)質(zhì)的配套服務(wù)脫穎而出，成為唯一一家在港珠澳大橋工程上雙相不銹鋼鋼筋的中標(biāo)企業(yè)。

太鋼此次中標(biāo)的3462噸雙相不銹鋼鋼筋將應(yīng)用在大橋的承臺、塔座及墩身等多個部位，產(chǎn)品具有耐氯離子腐蝕性能好、強度高、輕量化、免維護、使用壽命長等諸多獨特優(yōu)勢。這也是中國大陸地區(qū)橋梁建設(shè)中首次使用不銹鋼鋼筋。

2012年11月，太鋼雙相不銹鋼鋼筋通過英國CARES(專業(yè)針對鋼筋混凝土產(chǎn)品認(rèn)證的機構(gòu))認(rèn)證，成為國內(nèi)唯一一家具備按英標(biāo)生產(chǎn)雙相不銹鋼鋼筋資質(zhì)的企業(yè)。(來源人民網(wǎng)-山西頻道 )