一、雙相不銹鋼的化學(xué)成分

一般認(rèn)為，雙相不銹鋼的鐵素體與奧氏體相比例為30％～70%時(shí)可以獲得良好的性能。但雙相不銹鋼常常被認(rèn)為含有大致等量的鐵素體和奧氏體，在目前的商品化生產(chǎn)中，為了獲得最佳的韌性和加工性能，傾向于奧氏體的比例稍大一些。主要的合金元素尤其是鉻、鉬、氮和鎳的相互作用是非常復(fù)雜的。為了獲得穩(wěn)定的雙相組織及良好的加工和制造性能，必須注意使每種元素有適當(dāng)?shù)暮俊?nbsp;除了相平衡以外，有關(guān)雙相不銹鋼及其化學(xué)成分的第二個(gè)主要問題是高溫下有害金屬間相的形成。σ相和χ相在高鉻、高鉬不銹鋼中形成，并優(yōu)先在鐵素體相內(nèi)析出，氮的添加顯著推遲了這些相的形成。因此，固溶體中足夠的氮含量非常重要。隨著雙相不銹鋼制造經(jīng)驗(yàn)的增加，控制窄的成分范圍的重要性變得越來越明顯。2205雙相鋼（UNS S31803，表1）最初設(shè)定的成分范圍過寬，經(jīng)驗(yàn)表明，為了得到最佳的耐腐蝕性能及避免金屬間相的形成，S31803的鉻、鉬和氮含量應(yīng)控制在含量范圍的中上限，由此開發(fā)出成分范圍較窄的改進(jìn)型2205雙相鋼UNS S32205（表1）。S32205的成分就是今天大批量生產(chǎn)的2205雙相不銹鋼的典型成分。在本文中，除非另有說明，2205通常指的就是S32205。

二、雙相不銹鋼中合金元素的作用

以下簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)最重要的合金元素對(duì)雙相不銹鋼的力學(xué)性能、物理性能和腐蝕性能的影響。鉻：鋼中鉻含量最低須達(dá)到10.5％才能形成穩(wěn)定的鉻鈍化膜，保護(hù)鋼不受大氣腐蝕。不銹鋼的耐腐蝕性能隨鉻含量的增加而增加。鉻是鐵素體形成元素，鋼中加鉻可促使體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體形成。鋼中鉻含量較高時(shí)，需要加入更多的鎳才能形成奧氏體或雙相（鐵素體－奧氏體）組織，較高的鉻量也會(huì)促進(jìn)金屬間相的形成。奧氏體不銹鋼鉻含量至少為16％，雙相不銹鋼鉻含量至少為20％。鉻還能增加鋼在高溫下的抗氧化能力。鉻的這一作用很重要，它影響熱處理或焊接后氧化皮或回火色的形成和去除。雙相不銹鋼的酸洗和回火色去除比奧氏體不銹鋼困難。鉬：鉬與鉻的協(xié)同作用能提高不銹鋼耐點(diǎn)蝕的能力。當(dāng)不銹鋼中鉻含量至少為18％時(shí)，在含氯化物的環(huán)境中鉬耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力是鉻的三倍。鉬是鐵素體形成元素，同時(shí)也增大了不銹鋼形成金屬間相的傾向。因此，奧氏體不銹鋼的鉬含量通常小于約7.5％，雙相不銹鋼的鉬含量小于4％。氮：氮提高奧氏體和雙相不銹鋼耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力。它還能顯著提高鋼的強(qiáng)度。事實(shí)上它是最有效的固溶強(qiáng)化元素和低成本合金元素。含氮雙相不銹鋼韌性的提高得益于其較高的奧氏體含量和較少的金屬間相含量。氮并不能阻止金屬間相的析出，但可推遲金屬間相的形成，使得有足夠的時(shí)間進(jìn)行雙相不銹鋼的提高和制造。氮被添加到鉻和鉬含量高的高耐蝕性?shī)W氏體和雙相不銹鋼中，以抵消它們形成σ相的傾向。氮是強(qiáng)奧氏體形成元素，可以取代奧氏體不銹鋼中的部分鎳。氮可降低層錯(cuò)能并提高奧氏體的加工硬化率。它還通過固溶強(qiáng)化提高奧氏體的強(qiáng)度。雙相不銹鋼一般都添加氮并調(diào)整鎳含量以獲得理想的相平衡。鐵素體形成元素鉻和鉬與奧氏體形成元素鎳和氮相平衡以獲得雙相組織。

三、鎳：鎳是奧氏體穩(wěn)定元素，促使不銹鋼的晶體結(jié)構(gòu)從體心立方結(jié)構(gòu)（鐵素體）向面心立方結(jié)構(gòu)（奧氏體）轉(zhuǎn)變。鐵素體不銹鋼含極少的鎳或不含鎳，雙相不銹鋼含鎳量為低至中等，如1.5%～7％，300系奧氏體不銹鋼至少含有6％的鎳（見圖1、2）。添加鐵素體組織鎳推遲奧氏體不銹鋼中有害金屬間相的形成，但是在雙相不銹鋼中鎳的推遲效果遠(yuǎn)不如氮。面心立方結(jié)構(gòu)使得奧氏體不銹鋼具有極佳的韌性。相對(duì)于鐵素體不銹鋼，雙相不銹鋼中約一半的奧氏體組織使得雙相鋼的韌性顯著提高。    

圖1：通過添加鎳，使晶體結(jié)構(gòu)從體心立方結(jié)構(gòu)（很少量的鎳或無鎳）轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)（至少6%的鎳——300系）。含有中等鎳含量的雙相不銹鋼組織中一些晶粒是鐵素體，一些晶粒是奧氏體，其理想狀態(tài)是二者數(shù)量相等

圖2：增加鎳含量使不銹鋼的顯微組織從鐵素體（左）轉(zhuǎn)變?yōu)殡p相（中）直至奧氏體（右）（這些照片由Outokumpu提供，顯示了光學(xué)顯微鏡下放大的經(jīng)拋光和侵蝕試樣的組織。雙相組織中，鐵素體被染色，呈深色）

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