双相不锈钢的开发与应用情况

    1、 国外情况

    1．1 0Cr25-Ni6-Mo3-Cu-N钢的发展历史与性能特点

    1．1．1 发展历史

    0Cr25Ni6Mo3CuN钢是英国Bonar-Langley Alloys Limited公司开发的产品，牌号是FERRALIUM 255（255合金），美国UNS的牌号是S32550(如棒材ASTM A479、板材ASTM A240、钢管ASTM A789 A790、管件ASTM A815等均有UNS S32550牌号)。它发展于70年代，是第二代双相不锈钢的代表钢种之一，由于其具有特殊的性能特色，应用范围很广，至今仍是大量使用的一个牌号。

    1．1．2 性能特点

    0Cr25Ni6Mo3CuN钢具有较好的力学与耐蚀的综合性能，他的强度是普通奥氏体不锈钢的2倍，他的耐磨性能也优于奥氏体不锈钢，尤其是具有优良的耐局部腐蚀性能。在海水介质中的均匀腐蚀速率<1mpy，而316，18-8等钢的腐蚀速率是他的6-20倍，并且还产生局部腐蚀。国际Haynes公司、美国海军（U.S.Navy）、和Climax钼公司的实验室试验结果都说明此钢种具有比奥氏体不锈钢更优良的耐局部腐蚀性能，这也是此钢被用于许多重要军舰的原因之一。NewportNews造船公司采用多面缝隙组合试件在300C静止海水中经175天试验后，失重为0.1g，浸蚀深度为0.01mm，无孔蚀，与625合金试验结果相当。作为海水容器或结构件需考虑电偶腐蚀问题，此钢与其他材料组成的电偶对在26.50C、2.4m/s的流动海水中经1006h的暴露试验结果见表(1)：

    表(1) Table(1)

    从上表中可看出此钢与其他材料组成电偶对在海水中几乎不遭受侵蚀。

    与300系奥氏体不锈钢相比，0Cr25Ni6Mo3CuN钢显示有以下特点：

    1)  耐孔蚀、缝隙腐蚀 
            
    2) 耐氯化物应力腐蚀破裂

    3) 在许多环境中耐均匀腐蚀

    4) 高强度

    5) 具有较好的塑性和成型性
             
    6) 在海水环境中的高疲劳强度

    7) 优秀的耐磨损腐蚀和气蚀（空泡腐蚀）

    1.  2  0Cr25Ni6Mo3CuN钢的应用范围  
                                               
    此钢不仅在海洋工业而且在化工、石油化工、石油和天然气、纸浆和造纸、环保、湿法磷酸及金属加工等工业方面应用，应用范围很宽。多用作洗涤器、干燥器、旋风分离器、搅拌器、离心机、泵、阀、紧固件等。

    在海水介质中，英国用作巡逻艇和气垫船、救生艇的螺旋推进器、螺旋推进轴、方向舵等，使用10年后仍无腐蚀,在核潜艇上用此钢作机械密封。

    在英国的北海和中东一些国家石油工业中,采用此钢作化工流程泵、高压泵和海水喷射泵等。此钢在许多实例中可用以代替316L和Monel K-500合金。在欧洲，许多国家将此钢用作螺栓、紧固件、测量仪表、万向轴承及阀等，都使用得很好。在美国，包括海军方面的应用也在不断增加,美国海运公司（American Bureau of Shipping）早已接纳了此钢种，用于船用螺旋推进器、轴及其他海洋工业方面。

    2、 国内情况

    2. 1  0Cr25Ni6Mo3CuN钢的开发和使用

     冶金部钢铁研究总院自70年代中期即从事双相不锈钢材料的开发和应用，针对不同用途已建立起我国的双相不锈钢系列，其中0Cr25Ni6Mo3CuN钢是“八五”期间针对化肥尿素高压阀门用材开发的，1995年已通过技术鉴定。

    “八五”期间化工部先计划改造4套中化肥（尿素），阀门一项由意大利公司中标，一套中化肥改造进口阀门需150万美元,用国产材料制造的造价只是进口的五分之一，苏州阀门厂未能中标就因为国内没有这种耐磨损腐蚀的双相不锈钢材料。为此“八五”立项进行研制，主要由钢铁研究总院和有关钢厂承担了这项任务。

    2. 2 0Cr25Ni6Mo3CuN钢的技术难点

    此钢种在双相不锈钢牌号中是合金元素含量高、技术难度大、性能要求高的一个钢种。尤其是作为耐磨损腐蚀材料，需要通过时效热处理以提高其硬度，热处理工艺属诀窍。在技术开发中重点解决了:材料成分区间的确定、固溶及时效热处理制度的确定及热加工工艺的制定等三个技术关键问题，使硬度和韧性达到技术指标的要求，试制出合格的不同规格的棒材、锻件和铸件，产品性能已达到国外水平，可用于制造全套中型化肥厂所需用的高压泵、阀门等。

    2. 3  0Cr25Ni6Mo3CuN钢铸件的性能试验

    本文将在锻件生产的基础上,重点进行铸件性能试验,现将主要技术指标介绍如下：

    2. 3. 1化学成份%（符合ASTM A479 UNS S32550）见 表(2)

    钢液经炉外精炼,精确控制了材料的化学成份和双相比，从而确保获得令人满意的机械性能。

    2. 3. 2  机械性能(见表3) 

    2. 3. 3  0Cr25Ni6Mo3CuN钢的耐蚀性能

    表（2）Table2

    表（3）Table3

    本钢种作为耐磨损腐蚀材料采用的是时效态，针对尿素介质使用条件，采用了Huey法进行晶间腐蚀试验，同时也进行通常使用的硫酸-硫酸铜法（GB4334.5-90）的检验，由于本钢种含高Cr、Mo及Cu元素，适宜在海水等含氯离子介质中应用，因此又在含氯离子介质中进行有关应力腐蚀的试验。                                      

   （2）耐晶间腐蚀性能

    休氏法（Huey）试验

    表(4) Table(4)

    试样为固溶态及时效态,与316L钢（尿素级）固溶态进行对比，试验结果见表（4）。
               
    Stamicarbon的验收标准是5个周期的平均腐蚀量≤3.3μm/48h，从表（4）可看出0Cr25Ni6Mo3CuN双相不锈钢时效态的腐蚀量与316L（尿素级）钢相当，已达到了Stamicarbon的验收标准。

    （2）耐应力腐蚀性能

    在25%NaCl+1%K2Cr2O7沸腾（108 0C）溶液中进行试验，采用恒变形U形样，试验时间为500h，以初始产生应力腐蚀裂纹的时间来评定钢的应力腐蚀破裂（SCC）的敏感性，与316L钢进行对比、试验结果见表（5）

    表(5) Table(5)

    从表（5）可看出，钢的时效态试样耐SCC性能较差，可能与时效后弥散的M23(C、N)6和α’相析出有关。

    （3）耐孔蚀性能

    采用化学方法和电化方法检验钢的耐孔蚀性能。

    A.化学方法

    在1.5%FeCl3?6H20+3%NaCl+20ml/LHAC，试验温度为400C、500C的溶液中进行24h试验，计算其腐蚀率，0Cr25Ni6Mo3CuN钢与316L钢的孔蚀试验结果见表（6）

    表（6）Table(6)

    从表6可看出0Cr25Ni6Mo3CuN钢固溶态具有较316L钢为佳的耐孔蚀性能,但时效态与316L钢相近。

    B．电化学方法

    采用动电位极化装置在3%NaC+5%H2SO4（350C）溶液中测定极化曲线，得出击穿电位（Eb）值为874mv，时效态Eb值为876mv，二者相近。

    通过以上耐腐蚀试验，作为耐磨损腐蚀材料0Cr25Ni6Mo3CuN钢的（时效态）完全可以用在尿素介质中，作为耐氯化物孔蚀和应力腐蚀材料，采用固溶态可用在相应的海水介质或含氯化物介质中。

    3、 国内使用情况

    由苏州阀门厂制造的5种规格的阀门主要用在宝鸡氮肥厂的尿素装置主工艺管路的高压截止阀上，1995年该厂投产，至今多套阀门使用正常。四川川化集团公司三聚氰胺厂同样也用在高压截止阀上，代替同类进口产品。镇海炼油化工公司化肥厂在年产52万吨大型尿素装置上用作甲铵泵进出口单向阀，使用寿命较原用316L钢延长了2倍。同时，此材料铸件生产的离心泵大量应用磷酸生产工艺和海洋工业中耐颗粒冲刷磨损腐蚀等场合,使用用户有云南化工、宝钢等近百个单位、数千台设备。