雙相鋼2205的材質特點分析

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導語

      雙相不銹鋼因其特殊的組織結構，同時具有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特性。與前者相比，它韌性好、耐晶間腐蝕性能優異、焊接性能良好；與后者相比，其強度、耐晶間腐蝕、耐應力腐蝕、耐疲勞腐蝕等性能都顯著提高。因此，雙相不銹鋼被廣泛應用于海岸平臺、油氣生產、化學容器、造紙工業工業領域等。

雙相不銹鋼·介紹

        組織中主要含有鐵素體的不銹鋼稱為鐵素體不銹鋼，如圖l-l(a)所示；組織中主要含有奧氏體的不銹鋼稱為奧氏體不銹鋼，如圖l-l(b)所示；組織中同時含有鐵素體和奧氏體，且兩相的含量各約占50%，這種不銹鋼稱為雙相不銹鋼，如圖l-l(c)所示。

        雙相不銹鋼鑄件的顯微結構是沉淀的奧氏體相分布在鐵素體基體上，雙相源于這種鋼材具有平衡的鐵素體相和奧氏體相顯微結構。相的平衡可以通過合金成分來控制，鐵素體平衡元素為Cr、Mo和Si；奧氏體平衡元素為Ni、C、Cu、Mn和N。

        人們于20世紀30年代開始對雙相不銹鋼進行研究，并取得了一系列成果。從1935年法國人首先申報成功一個雙相不銹鋼專利開始，經過科研人員幾十年的努力，雙相不銹鋼的研宄取得了重大突破,其發展大致經歷了三代。

        美國40年代生產的以329鋼為代表的第一代雙相不銹鋼，該鋼材高含Cr和Mo，耐蝕性能良好；第二代雙相不銹鋼為含N不銹鋼,其典型代表是18Cr型、22Cr型以及25Cr型；第三代雙相不銹鋼是80年代發展的超級雙相不銹鋼，其特點是含碳量很低，高含Mo和N，具有優異的抗腐蝕性能。

        雙相不銹鋼的元素組成：Cr：20%~29%；Ni：1%~7% ；Mo：1%-4%；N：0.15%0-0.25%。按照元素類型劃分，雙相不銹鋼可分為Cr-Ni和Cr-Mn-N兩個系列。不過，目前市場上銷售的雙相不銹鋼是Cr-Ni系。

雙相不銹鋼·組成成分

        材料的化學成分和微觀組織結構決定了材料的性能。雙相不銹鋼微觀組織主要是鐵素體和奧氏體，還包括其它微觀結構，如χ相、σ相、碳化物和氮化物等。下面從材料的微觀組織結構方面對2205雙相不銹鋼進行評價。

2205雙相不銹鋼的化學成分

        實驗中用到的所有試樣來自同一供貨狀態(冷拔/軋)下的2205雙相不銹鋼，它主要化學成分如表2-1所示。從表中可以看出，Cr、Mo、Ni等元素是2205雙相不銹鋼中的主要合金元素，這也是其耐腐蝕性能優異的主要原因；其次含有Si、N等合金元素，其中C、S、P等元素含量極低。

2205雙相不銹鋼組織分析

        1.金相分析

        將2205雙相不銹鋼加工成的小片狀試樣后進行鑲樣，隨后用200#、400#、600#、800#、1000#、3000#、5000#、7000#的水砂紙逐級打磨，然后在拋光機上拋光，除油吹干后用 Murukanmi 溶液進行化學侵蝕。溫度為85℃，時間3~5min，侵蝕后迅速用清水沖洗干凈，吹干后在XJG-05型光學顯微鏡下觀察其組織形貌,并拍攝記錄。

        對試樣進行鑲嵌、打磨、拋光、侵蝕工序后在光學顯微鏡下觀察其組織如圖2-1所示。由圖2-1可以看出，2205雙相不銹鋼的組織為鐵素體(α和奧氏體(γ)組織，且兩相均勾相間分布，基本上沒有其它析出相。說明該2205雙相不銹鋼避免了析出相的產生，這對其腐蝕性能來說是有益的。

        利用定量金相分析軟件image pro plus對兩相含量進行定量分析，定量計算時選取500倍較清晰的圖片5張,然后求平均值，分析得出該2205雙相不銹鋼鐵素體和奧氏體的含量分別為49.2%和50.8%，兩相的比例接近1 ：1。

        2.XRD分析

        使用DX-2700SSC型X射線衍射儀(采用Cu陽極靶，掃描范圍2θ在30°~90°,掃描步長0.03，工作電壓為40kV，工作電流為30mA)，對2205雙相不銹鋼進行物相的定性分析。

        圖2-2表示2205雙相不銹鋼的XRD圖譜。從圖中可以看出，雙相不銹鋼具有體心立方結構的鐵素體α相在(110)、(200)及(211)晶面產生較強的衍射峰；具有面心立方結構的奧氏體γ相在(111)、(200)及(220)晶面產生較強的衍射峰，并沒有明顯的其它析出峰出現。這就表明2205雙相不銹鋼由鐵素體和奧氏體相組成，并沒有其它析出相或者析出相的含量比非常少的緣故，這與金相分析結果一致。

雙相不銹鋼·顯微結構

        在退火條件下，許多加工后的雙相不銹鋼的顯微結構中，在鐵素體基體上含有40-50%的奧氏體，鐵素體相和奧氏體相是其基本物相。當其從高溫幵始凝固時，首先會生成δ鐵素體；在凝固結束時，根據材料組成成分的不同，會有不同比例的奧氏體生成。

        因此，對于鑄件或得接材料來說，在退火后希望得到更多奧氏體，必須保證足夠多的奧氏體來提供耐腐蝕性能和力學性能,奧氏體的含量因使用環境、合金成分以及熱處理制度的不同而不同。

        此外，在雙相不銹鋼中還發現了其它的相，包括σ、χ、R、碳化物和氮化物等物相。這些相往往是有害相，可以通過等溫熱處理的方法來消除這些相。

        熱處理制度對雙相不銹鋼的組織影響很大。在300~550℃溫度范圍內熱處理，雙相不銹鋼具有很高的硬度和很低的延展性，把它叫做“475°C脆性”。

        這些區域的富Cr、Mo現象導致體心立方相的形成(如σ相和α'相)。由于Cr元素的存在，α'相顆粒很細小，這就降低了鋼材的延展性和韌性。其原因是阻礙了滑移的運動，在脆化范圍熱處理能降低耐蝕性。存在的可能原因是Cr元素的消耗。

        在550℃~1000℃之間，雙相不銹鋼中發現碳化物和氮化物（如），在600~675℃溫度范圍內經過10~20小時熱處理后，在一種雙相不銹鋼中發現了χ相、R相其中χ相與σ相一樣是脆性相，并且都是我們想要避免的有害相。

雙相不銹鋼·力學性能

        將鋼材按GB/T228-2002標準加工成如圖2-3所示的試樣。采用WDW-1000型萬能實驗機進行拉伸試驗，另外選取同樣狀態下的試樣，將試樣表面打磨光滑，然后用HB-62.5硬度計檢測材料的硬度，記錄實驗數據。以上每組實驗釆用三個平行試樣，最終結果為三組結果的平均值。

        強度測試

        2205雙相不銹鋼的拉伸曲線如圖2-4所示，從圖中可以看出,2205雙相不銹鋼的抗拉強度為780MPa，且在屈服點附近沒有明顯的上下屈服點現象。以非比例延伸強度來替代屈服強度，通常取拉伸曲線上0.2%的應變值。從圖中可以看出2205雙相不銹鋼的屈服強度為605MPa，通過拉伸前后測量得到斷后延伸率為31.89%。由此可知，該鋼的強度高,延伸率好，具有優異的綜合力學性能。

        NT80SS、L80等鋼材的力學性能如表2-2所示。從表中可以看出，2205雙相不銹鋼的屈服強度、抗拉強度以及延伸率均好于上述鋼材。因此，2205雙相不銹鋼具有良好的綜合力學性能。

        硬度測試

        經測試，2205雙相不銹鋼的硬度值如表2-3所示。NACE MR0175標準中推薦在酸性濕H2S環境中雙相不銹鋼的硬度極限為HRC36。從中可以看出該鋼材的硬度值低于HRC36的SCC敏感性判據，符合NACE標準規定的硬度要求。因此,該鋼的硬度值滿足推薦要求。

雙相不銹鋼·小結

        雙相不銹鋼從20世紀40年代在美國誕生以來，已經發展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍。因此可以節約用材，降低設備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質環境比較惡劣（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、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。目前，雙相不銹鋼由于其特殊的優點，廣泛應用于石油化工設備、海水與廢水處理設備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業領域，具有很好的發展前景。

bony1983

大家好才是真的好

bony1983

學習了解了

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圖片不顯示呀？

lavalise2002

講的很透徹

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回復學習下