2205双相不锈钢管耐应力腐蚀性能强的原因

2205双相不锈钢管耐应力腐蚀性能强的原因|204Cu 不锈钢代替304不锈钢

2009-11-2 7:55:34

2205双相不锈钢管耐应力腐蚀性能强的原因|204Cu不锈钢代替304不锈钢

与奥氏体型不锈钢相比，2205双相不锈钢具有强度高，对晶间腐蚀不敏感和较好的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的能力，其中优良的耐应力腐蚀性能是开发该类钢种主要目的。

双相不锈钢耐应力腐蚀的基本原因，有下述几点:

l)双相不锈钢的屈服强度比奥氏体不锈钢高，即产生表面滑移所需的应力水平较高，在相同的腐蚀环境中，由于双相不锈钢的表面膜因表面滑移而破坏的应力较大，即应力腐蚀裂纹较难以形成。

2)双相不锈钢中一般含有较高的铬、钼合金元素，而加人这些元素都能使不锈钢具有较好的耐点腐蚀性能，不会由于点腐蚀而发展成为应力腐蚀;而奥氏体不锈钢中不含钼或者含钼量少，其含铬量也不是很高，所以其耐点腐蚀能力较差，由点腐蚀扩展成孔蚀，成为应力腐蚀的起始点而导致应力腐蚀裂纹的延伸。

3)由于双相不锈钢的两个相的腐蚀电极电位不同，裂纹在不同相中和在相界的扩展机制不同，其中必有对裂纹扩展起阻止或抑制作用的阶段，此时应力腐蚀裂纹发展极慢。

4)在双相不锈钢应力腐蚀过程中，无论是铁素体相，还是奥氏体相，二者之中必有一个相对另外一个相在应力腐蚀裂纹的扩展中起到极化保护或机械屏障的阻挡作用，从而阻止了裂纹朝前发展的可能。此外，两个相的晶体形而取向差异，使扩展中的裂纹频繁改变方向，从而大大地延长了应力腐蚀裂纹的扩展期。从双相不锈钢形成的应力腐蚀裂纹形貌上看裂纹往往是分枝多，扩散无一定方向，走向弯曲，发展缓慢，可以证实上述的分析。

总之，相比例和相分布是影响双相不锈钢耐应力腐蚀的最主要因素。

开发廉价204Cu不锈钢代替304不锈钢

304不锈钢管和204次Cu不锈钢在20世纪才进入合金钢这个古老系列中。大约在1910年，在铁铬合金中添加镍，发明了奥氏体钢，通用的18-8型奥氏体钢成分含18%铬和8%镍。这种奥氏体钢除具有良好的延展性、韧性和无磁外，还具有在酸性介质中耐腐蚀的特性。

目前18-8型奥氏体钢已形成了一个完整的系列，美国钢铁协会不锈钢管厂颁布的牌号有300多个。18-8型最具有代表性的牌号是304，其他牌号是3 04成分为基础上，为改进某种性能，如力学性能、焊接性能、耐腐性能和成型性而开发的，关键元素是对钢的性能影响如图1所示。如加硫改进的切削性能、降低碳改进焊接性能、加钼改进耐蚀性能、加铜改进冷成型性。

到1930年因镍资源匮乏，德国人研究成功以锰和氮代替部分镍。朝鲜战争期间，美国人因为同样的原因，经深入研究，开发出一系列高锰奥氏体不锈钢，即200系列不锈钢。韩鲜战争后一段时期，200系列钢一度陷入困难境地，人们对它能否代替300系列生产怀疑，直到1970年市场才发生重大变化。关键原因是：尽管200系列材料成本比300系列低，但抗拉强度高。随着304带材和丝材的用量迅速猛增，其加工成本低的优势在一定程度上弥补了材料成本偏高的弱点。而200系列钢由于冷加工硬化率高，加工成本居高难下。新开发的204Cu

钢在200系列和300系列之间架起桥梁，填补了两者之间的空白。与304相比，204Cu由于镍含量低，材料成本低，由于加工硬化相近，加工成本也相近。同时204Cu成型性比304好，退火后强度高于304，这些特性对某些使用304钢的行业很有吸引力。

1、204Cu实验室研制

实验方案是以低镍奥氏体不锈钢——改型201为基础开发研究的，表1列出改型201和304常规成分，比较两者成分可以看出：改型201的碳、锰、氮的含量较高，而铬镍量较低，尽管改型201和304两者成分有很大差别，但从舍菲尔（s chaeffler）组织结构图上可以看出，两者成分当量基本相同。

表1 304及其试验用基础合金的化学成分/%

新试验钢是基础钢加1%、2%和3%的铜。

舍菲尔组织结构图原先用来判定不锈钢焊接后的铸态相组织，特别是铁素体的含量。现在依斯皮（espy）对这个图做一些改进，并用于200系列钢的研制和开发。在这个图上，元素被分为铬当量和镍当量两种。铁素体形成元素分在铬当量中，奥氏体形成元素分在镍当量中。合金的金相组织取决于铬当量和镍当量平衡状况。304和改型201在组织结构图上都处于黑色矩形框位置，两者具有相近的铸态铁素体含量，可铸造性和焊接性能也基本相当。对于丝材产品，由于热加工过程的扩散作用，钢中铁素体含量一般都有所减少。

生产试验证明：204cu可以按304工艺路线拉拔出成品钢丝，因为204cu镍的含量较低（仅为6%），其最终生产成本比304低。镍的价格按3美元/磅计算，每磅204cu可节约材料成本约10美元分。如果镍的价格按4.5美元/磅计算，材料节约费用更多。3美元/磅到4.5

注：从0℃开始试验，然后每次升高5℃，一直上升到所有钢号都产生侵蚀裂纹，25℃为止。*表示不产生侵蚀裂纹的最高温度。

综上所述，204Cu钢丝的研制获得成功，从冶炼到成品钢丝的生产成本都比较低。与304相比，204Cu退火后强度高，冷加工硬化率低，在各种腐蚀介质中耐蚀性能基本与304相同，变形能力比304更好。良好的性能使204Cu很快进入商业化的批量生产阶段，并以204Cu

的牌号纳入新标准（ASTM A313-1998）中，美国钢铁协会uns系统定名为S20430。

4、实际应用

由于304是通用钢号，能替代304的204Cu也具有潜在的广泛的工业应用前景。在计算机、通讯、安全防护、食品制作、能源和烟草加工业都具有大量使用的可能性。例如，计算机需要高强度、无磁性、冷成形、抗磨损的传动轴，选用300系列的302hq无法满足抗磨损的要求，而且要达到需要的高强度必须经大减面率拉拔。选用200系列钢，如改型201，制作无裂纹的传动轴，成形困难。204Cu填补了这个空白，将高强度与良好的成型性能完美地结合在一起，是最优良的首选材料。

在电话通讯行业，架空的电话线需要用架空线固定，多年来考虑到防锈、耐潮湿和耐盐雾腐蚀，一直选用304钢丝。204Cu应该是最好的替代材料，用204Cu生产架空线的试验也获得成功，生产工人认为：204Cu减面率比较小，相对304来说，更容易拉直。此外，204Cu生产成本低，耐盐雾腐蚀实验证明，架空线不容易生锈。

工业上常用的紧固件是梯形丝扣的螺栓，这种紧固件多用来固定房屋面板及地下污水管，螺栓成形及螺纹轧制一直是紧固件生产难关，但使用204Cu来制作没有遇到什么困难。

在安全防护行业，最常见的产品是刺钢丝，该产品由带刺部件和加强钢丝组成，加强钢丝具有很高的抗拉强度（大于200ksi），还必须保持良好的成型性能，要耐大气腐蚀，采用20 4Cu大减面率拉拔，已成功地生产出直径2.5mm盘卷钢丝，其生产成本低于304，204Cu已经被纳入ASTM 313《不锈弹簧钢丝》标准中。

大量的304钢丝用于制作各种传输网带，各种传输网带制作工艺不同，但基本要求是钢丝必需具有良好的弯曲性能，能轧扁，并具有良好的焊接性能。由于钢丝常被用作强化筋，所以必须具有很高的抗拉强度。不锈钢传送带在食品制作业广泛应用，如粉碎机传送带，将饼干和其他食品送入烤炉中的传送带等。用204cu钢丝制作的食品用传送带，其化学成分获得了fda（美元教育和福利部，粮食和药物管理局）的认可。

筛网钢丝不锈钢管厂通常用在煤的分选设备上，从泥浆中筛出煤粉。泥将腐蚀性强，而且煤矿粉对筛网的磨损很厉害，腐蚀和磨损的双重作用使环境变得很恶劣，如用碳钢和410型不锈钢根本承受不了这种腐蚀，不得不采用寿命更长的304钢，204Cu的价格优势对筛网业很有吸引力，现在204Cu已广泛用于这个行业。

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