雙相不銹鋼(duplex stainless steel,DSS)是固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半,或較少相的含量最少也需要達到30%的一類不銹鋼。由于雙相不銹鋼含有約各占一半的奧氏體相和鐵素體相的兩相組織特點,通過正確控制化學成分和熱處理工藝,將奧氏體
不銹鋼所具有的優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力腐蝕性能結合在一起。
雙相不銹鋼不僅在煉油、化工、石化領域使用,還用于紙漿和造紙、化肥、食品和飲料、制藥及建筑、樓房和結構等工業領域。但其最重要的應用是化工、化肥、石化、電力和紙漿、造紙工業中反應容器和其他工業裝備。隨著雙相不銹鋼及能源、建筑等行業的發展,雙相不銹鋼在油氣輸送、化學品船制造、核電、建筑、海洋工程等領域的應用得以不斷拓展,并逐漸拓展至航天、航空、高速輕型客車及信息技術(如軟磁高強雙相不銹鋼)等新領域。
1927年Bain和Griffiths首先發現了雙相組織,1930年J.Hochmann 偶然發現提高奧氏體不銹鋼中的鉻含量不僅使鋼具有磁性,而且提高了鋼的耐晶間腐蝕性能。自從法國在1935年獲得第一個雙相不銹鋼的專利以來,在20世紀,雙相不銹鋼的發展經歷了三代。70年代以來,隨著二次精煉技術AOD和VOD等方法的出現和普及以及連鑄技術的發展,氮作為奧氏體形成元素對雙相不銹鋼重要作用的發現,促進了雙相不銹鋼在國際上的快速發展。其中,2205雙相不銹鋼和2507雙相不銹鋼分別作為第二代雙相不銹鋼和第三代超級雙相不銹鋼的典型代表,獲得了廣泛的應用。
進入21世紀后,特超級雙相不銹鋼和經濟型雙相不銹鋼成為雙相不銹鋼兩個重要發展方向。特超級雙相不銹鋼含有更高的合金元素,獲得更高強度和更加優良的耐蝕性。經濟型雙相不銹鋼具有低鎳量且不含鉬或僅含少量鉬的成分特點,與304和316類型奧氏體不銹鋼相比,這種類型鋼具有優異的耐應力腐蝕破裂的能力和更好的耐其他腐蝕性能,以及較高的機械強度、較低成本,使其成為304、316奧氏體不銹鋼甚至2205雙相不銹鋼的有力競爭者,同時,也成為雙相不銹鋼重要發展方向及增長點。
經過80余年的發展,盡管雙相不銹鋼年產量只占不銹鋼產量的不足1%,但雙相不銹鋼已經成為不銹鋼家族中不可或缺的,與馬氏體、鐵素體、奧氏體不銹鋼并列的鋼類。雙相不銹鋼發展到今天,已經形成了包括三代雙相不銹鋼、經濟型雙相不銹鋼、特超級雙相不銹鋼等在內的相對完整的系列。
我國在20世紀70年代開始進行雙相不銹鋼的研究、開發,鋼鐵研究總院最早從事這方面的工作。80年代初期在分析國外雙相不銹鋼發展的基礎上,研究了氮元素在改善雙相不銹鋼耐應力腐蝕和孔蝕的機制,并且結合國內各特殊鋼廠生產含氮不銹鋼的成熟經驗,確立了我國重點開發含氮雙相不銹鋼的發展方向。
鋼鐵研究總院先后研制了 00Cr18Ni5Mo3Si2、00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni6Mo2N、00Cr25Ni6Mo3CuN、00Cr25Ni7Mo3WCuN等數個雙相不銹鋼牌號。
1999年,由吳玖教授主筆編寫了我國第一部雙相不銹鋼專業技術書籍《雙相不銹鋼》,這是我國介紹雙相不銹鋼的第一本專業技術書籍,啟蒙了我國科研、生產、使用、設計等單位的眾多科技人員,促進了雙相不銹鋼在我國的傳播。受中國國家標準化管理委員會委托,2006年,寶山鋼鐵股份有限公司、中國鋼研科技集團公司、江蘇武進不銹鋼管廠集團有限公司、浙江久立特材科技股份有限公司、江蘇銀環精密鋼管股份有限公司等單位啟動了《奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼無縫鋼管》(GB/T21833)起草工作,該標準于2008年5月13日發布,2008年11月1日正式實施,這是我國第一個專門的雙相不銹鋼標準,極大促進了我國雙相不銹鋼的生產和使用。2013年,由永興特種不銹鋼股份有限公司、寶鋼特鋼有限公司、四川六合鍛造股份有限公司、冶金工業信息標準研究院、鋼鐵研究總院等單位還共同制定了《奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼棒》(GB/T 31303),2014年12月5日發布,2015年9月1日實施。隨著雙相不銹鋼在我國的大量應用,越來越多的雙相不銹鋼牌號被納入了我國不銹鋼的國標體系(GB/T20878)。
隨著雙相不銹鋼在國際上的不斷發展,雙相不銹鋼在中國也在經歷相似的發展階段,并且不斷與國際接軌、縮小與世界的距離。中國雙相不銹鋼在產量不斷增加的同時,在2000年后,在雙相不銹鋼研究、生產、應用、標準制定等方面均得到了較大的發展。
隨著對雙相不銹鋼認識的不斷深入,我國雙相不銹鋼工作者的研究也逐漸深入,在熱塑性、有害析出相及氮合金元素控制等影響雙相不銹鋼生產及應用方面取得的研究進展,促進了我國雙相不銹鋼的發展。經濟型雙相不銹鋼是一種高性能低成本的氮合金化不銹鋼(鎳含量一般低于4%、鉻含量約為21%、氮含量大于0.15%),具有典型的鐵素體-奧氏體雙相組織。利用氮取代鎳元素的奧氏體化作用,降低成本的同時獲得優良的力學性能和耐腐蝕性能。經濟型雙相不銹鋼03Cr22Mn5Ni2MoCuN(2101)、2003、2202等,已用于核電、橋梁、建筑、熱交換器等行業,取代傳統奧氏體不銹鋼304和316不銹鋼。由于經濟型雙相不銹鋼具有高強度和優良耐蝕性,同時鎳、鉬等貴金屬的含量都較低,已成為未來不銹鋼發展的方向之一。
表2-1-9給出了2005-2020年間中國不銹鋼及雙相不銹鋼粗鋼產量的統計數據。十幾年間,中國不銹鋼的粗鋼產量從316.1萬噸增長至3014萬噸,中國不銹鋼的粗鋼產量在全球不銹鋼粗鋼的占比從12.9%增長至50%以上。與此同時,中國雙相不銹鋼的產量從2005年的828噸增長至2020年的19.14萬噸。隨著雙相不銹鋼產量的增長,其在中國不銹鋼中的占比也穩步提高,從2005年至2007年的不足0.1%提高至2020年的0.6%左右。
在產量增加的同時,中國雙相不銹鋼在品種上也發生了較大的變化,其中,板材的產量近年得到較大的增長,以022Cr23Ni5Mo3N和03Cr22Mn5Ni2MoCuN產量增加更為顯著。太鋼是不銹鋼重要的生產企業,其雙相不銹鋼品種以板材為主,永興特材和太鋼是主要的雙相不銹鋼管坯生產企業。生產雙相不銹鋼管材企業較多,多集中在江浙一帶,尤以久立特材和武進不銹產量較大。就鋼種而言,中國雙相不銹鋼鋼種組成也逐漸演變為以022Cr23Ni5Mo3N為主、多鋼種系列協同發展的結構,特別是2010年以后,節約型雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼在中國的生產得到迅速增加。
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