雙相不銹鋼加工制造實用指南(2)
雙相不銹鋼的應用日益廣泛，用戶對這類不銹鋼也越來越熟悉。本文圍繞雙相不銹鋼應用的難點之一 — 加工和焊接，介紹了雙相不銹鋼的各種特性，給出了加工和焊接雙相不銹鋼的基本原則和實用信息。
內容包括：雙相不銹鋼的歷史、化學成分、冶金學、耐腐蝕性能、力學性能、物理性能、技術條件、質量控制、切割、成形、焊接、應用等。
全文較長，將分幾部分發表，歡迎關注！
（續接前文）
5 耐腐蝕性能
在絕大多數標準奧氏體不銹鋼應用的環境中，雙相不銹鋼都顯示出較高的耐蝕性能，值得注意的是它們在某些情況下具有非常明顯的優勢。這是由于它們鉻含量高，在氧化性酸中很有利，并且含有足夠量的鉬和鎳，能耐中等還原性酸介質的腐蝕。
雙相不銹鋼相對較高的鉻、鉬和氮含量也使它們具有很好的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能，其雙相結構在可能發生氯化物應力腐蝕斷裂的環境是一個優勢。
如果雙相不銹鋼的顯微組織中含有至少25％到30％的鐵素體，則其耐氯化物應力腐蝕斷裂的性能遠比奧氏體不銹鋼304或316好。但鐵素體易發生氫脆，因此雙相不銹鋼在氫有可能進入金屬的環境或應用中耐蝕性不高，會發生氫脆。
5.1 耐酸腐蝕
為了說明雙相不銹鋼在強酸溶液中的耐腐蝕性，圖6給出了硫酸溶液的腐蝕數據。介質條件從低酸濃度的弱還原性環境到高濃度的氧化性環境及中等濃度熱溶液的強還原性環境。
2205和2507雙相不銹鋼在酸濃度最大約15％的溶液中，性能優于許多高鎳奧氏體不銹鋼；在酸濃度至少為40％的范圍內，雙相鋼優于316或317不銹鋼。
雙相不銹鋼在這種含氯化物的氧化性酸中也很有用。
雙相不銹鋼的含鎳量不足以耐受中等濃度硫酸溶液或鹽酸的強還原性腐蝕。在還原性環境有酸濃縮的濕/干界面，腐蝕尤其是鐵素體的腐蝕就會開始并快速進展。
雙相不銹鋼耐氧化性腐蝕的性能使它們成為硝酸和強有機酸裝置優良的候選材料。
圖7顯示在沸點溫度下，50％醋酸和不同含量甲酸混和溶液中雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼的腐蝕。盡管304和316不銹鋼可用于室溫和中等溫度下的強有機酸介質，但2205和其他雙相不銹鋼在許多涉及高溫有機酸的工藝中占優勢，而且由于它們耐點蝕和耐應力腐蝕，也可用于鹵代烴工藝。
5.2 耐堿腐蝕
雙相不銹鋼的高含鉻量和鐵素體相的存在使其在堿性介質中具有良好的性能。在中等溫度下，其腐蝕速度低于標準奧氏體不銹鋼的腐蝕速度。
5.3 耐點蝕和耐縫隙腐蝕
為討論不銹鋼的耐點蝕和縫隙腐蝕的性能，引入臨界點蝕溫度這一概念。對于某一氯化物環境，每一種不銹鋼都可用一個溫度來描述其特征，高于此溫度點蝕開始出現，并且24小時之內可發展到肉眼可見的程度。低于此溫度則在無限長的時間內也不會產生點蝕。這一溫度即所謂的臨界點蝕溫度（CPT）。它是對特定不銹鋼牌號和特定環境的表征。由于點蝕的起始發生從統計學上看是隨機的，而且CPT對牌號和產品的微小變化敏感，因此，對于不同牌號的CPT通常以一個溫度范圍來表示。而采用ASTM G 150標準介紹的研究工具，即采用電化學測量法可能可以準確和可靠地測定CPT。
縫隙腐蝕也有一個類似的臨界溫度，稱為臨界縫隙腐蝕溫度（CCT）。CCT取決于不銹鋼試樣、氯化物環境和縫隙的特性（緊密度，長度等）。由于縫隙的幾何形狀以及實際中很難再現同樣縫隙的尺寸，CCT的測量數據要比CPT更分散。通常對于同樣的鋼和在同樣的腐蝕環境中CCT往往比CPT低15～20℃(27～36℉）。
雙相不銹鋼的高鉻、鉬和氮使其在含水環境中具有非常好的耐氯化物局部腐蝕性能。根據合金含量，一些雙相不銹鋼牌號甚至躋身于性能最好的不銹鋼之列。雙相不銹鋼的鉻含量相對高，所以耐蝕性好而且非常經濟。
圖8給出了按照ASTM G 48 2（6% FeCl3）測定的一些固溶退火不銹鋼耐點蝕和縫隙腐蝕性能的比較。材料焊接態的臨界溫度要低一些。臨界點蝕或縫隙腐蝕溫度高則表明材料耐腐蝕起始發生的能力較高。2205鋼的CPT和CCT都顯著高于316不銹鋼。這使2205鋼成為多用途的材料，適用于因蒸發導致氯離子濃縮的環境以及熱交換器的蒸汽空間或保溫層的下面。2205雙相鋼的CPT還表明它可用在堿水和脫氣鹽水中。它還成功地用于脫氣海水中，在這些應用中，通過高流速的海水或用其他方法使鋼的表面沒有沉積物。
在苛刻的應用中，如薄壁熱交換器管，或表面有沉積物或有縫隙時，2205雙相鋼在海水中沒有足夠的耐縫隙腐蝕能力。然而，CCT高于2205的高合金化雙相不銹鋼如超級雙相不銹鋼，已經用于許多既要求高強度又要求耐氯離子腐蝕的苛刻海水條件。
因為CPT與材料和特定環境成函數關系，有可能對單一要素的影響進行研究。利用按照ASTM G 48 A法確定的CPT，采用回歸分析法得出鋼的成分（考慮每種元素作為一個獨立變量）和測定的CPT（相關變量）的關系。結果顯示只有鉻、鉬、鎢和氮對CPT有穩定的影響。關系式如下：
CPT = 常數 + %Cr + 3.3 (%Mo + 0.5%W) + 16%N.
式中4個合金元素乘以各自的回歸常數之和通常被稱為耐點蝕當量值（PREN）。不同研究者給出的氮的系數不同，通常使用16，22和30。可根據PRE值給某一家族的牌號排序，但要注意避免對這一關系式的過分依賴。式中合金元素為“獨立變量”，但實際并不真正獨立，因為試驗的鋼是平衡成分。這種關系不是線性或交叉關系，例如鉻和鉬的協同作用被忽略。此關系式只是針對理想狀態的材料，沒有考慮金屬間相、非金屬相以及不當的熱處理帶來的影響，熱處理不當也對耐蝕性有不利影響。
5.4 耐應力腐蝕斷裂
雙相不銹鋼最早期的某些應用是基于它們耐氯化物應力腐蝕斷裂（SCC）的性能。與具有類似耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能的奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼表現出明顯優越的耐應力腐蝕斷裂性能。雙相不銹鋼在化學加工工業的許多應用都是在有很大的應力腐蝕斷裂危險的場合，代替奧氏體不銹鋼的使用。然而，和其他所有材料一樣，雙相不銹鋼在特定條件下也易于發生應力腐蝕斷裂。這種情況可能發生于高溫、含氯化物的環境或存在促使氫致斷裂的介質條件。
雙相不銹鋼可能會發生應力腐蝕斷裂的環境條件如42％的沸騰氯化鎂溶液試驗，金屬處于高溫并暴露于加壓含水氯化物系統的液滴蒸發試驗（系統中的溫度可能高于常壓下的溫度）。
圖9給出了若干軋制退火的雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼在苛刻的氯化物介質中的相對耐氯化物應力腐蝕斷裂性能。得出這些數據的液滴蒸發試驗腐蝕條件很苛刻，因為試驗溫度為120℃(248℉)的高溫，并且氯化物溶液由于蒸發而濃縮。試驗中兩種雙相不銹鋼2205和2507最終在所受應力達到其屈服強度的某一百分比時發生斷裂，但這一百分數比316不銹鋼相應的百分比值高得多。由于雙相鋼在常壓下的氯化物水溶液中能夠耐應力腐蝕斷裂，例如耐保溫層下的腐蝕，所以在已知304和316不銹鋼會發生斷裂的氯化物介質中，可以考慮使用雙相不銹鋼。
表4總結了在不同腐蝕程度的各類試驗介質中，幾種不銹鋼的氯化物應力腐蝕斷裂行為。表左右兩側介質分別由于含有酸性鹽和溫度高而條件苛刻。表中間的介質條件不那么苛刻。鉬含量小于4%的標準奧氏體不銹鋼在所有這些條件下均發生氯化物應力腐蝕斷裂，而雙相不銹鋼能夠耐受上述中間范圍的中等試驗條件。
耐氫致應力腐蝕受多種因素影響，不僅與鐵素體含量有關，而且與強度、溫度、充氫條件、外加應力等有關。雙相不銹鋼盡管對氫致斷裂敏感，但只要仔細評估和控制操作條件，在含氫介質中仍可以利用其強度優勢。這些應用中最突出的是輸送鹽水和高硫石油氣混合物的高強度管道。圖10說明了2205雙相不銹鋼在含氯化鈉的酸性介質中對腐蝕免疫和敏感的范圍。
（未完待續）
