超级奥氏体不锈钢的发展

超级奥氏体不锈钢的发展，性能与应用

超级奥氏体不锈钢的概念是与超级铁素体不锈钢及超级双相不锈钢一起出现的。典型的例子为含6％钼和7％钼的超级奥氏体不锈钢。这些钢种都是针对一些工况条件苛刻的工业，如石化，化工，造纸和海上系统等等而开发出来的。十几年的实际应用经验充分地证明，超级奥氏体不锈钢应用范围在不断地扩大。本文主要介绍了超级奥氏体不锈钢的发展过程，其主要性能以及应用范围。

1 超级奥氏体不锈钢的发展

自从第一种奥氏体不锈钢于二十世纪初期于德国被开发出来以后，奥氏体不锈钢一直是根据各种技术要求和当时的生产能力按不同道路不断地发展起来的。促进奥氏体不锈钢发展的一个重要推动力是用户对可抵抗日益恶劣环境材

料的需求。

1.1 第一种先进的奥氏体不锈钢

早期，人们曾通过加入钼和硅来增加不锈钢抵抗各种酸腐蚀的能力。造成高合金化不锈钢三十年代就得以发展的一个特殊介质是硫酸。在法国和瑞典，人们曾开发了含20％铬、25％镍、4.5％钼和1.5％铜的合金，并被命名为 Uranus B6或904L。而在美国则按相似的方法研制出了含20％铬、30％镍、2.5％钼和3.5％铜的20号合金。八十年代末国内研制出了00Cr20Ni25Mo4.5Cu（相当于ASTM N08904 EN1.4539 ）。自七十年代以来，B6号合金一般称之为904L，在纸浆及造纸工业和化学工业等方面被广泛使用。并很快地被推广到其它工业领域。其用途增加的一个原因是通过采用先进的冶炼技术，比如七十年代初的氩－氧脱碳精炼(AOD)技术，使得生产能力得到了较大提高。这些革新技术使合金元素的添加过程得到了更好的控制。清除有害微量元素的过程也得到了很大的改进。这些均为制造更高合金化的不锈钢打下了基础。

20号和904L 号合金为超级奥氏体不锈钢的进一步发展奠定了基础。瑞典于五十年代首次生产出了用于特殊环境下的含6％钼不锈钢。其主要合金含量为:16.5％铬，30％镍和6％钼。这也就是后来254 SMO的雏形。美国也于七十年代初期研制出了AL－6X。其主要合金含量为: 20％铬，25％镍和6％钼。这一钢种的主要用途是电厂中用海水冷却的薄壁冷凝管道。高的合金含量使这种不锈钢容易产生金属中间相的析出，因此妨碍了厚壁型材或管材的制造。

1.2 将氮作为一种合金成分

氮作为奥氏体不锈钢中一个很重要的合金元素，这个概念已被研究和使用了几十年。到目前为止，氮合金化已达到了很高的技术水平。不锈钢中的含氮量已高达1％。比如，Armco公司生产的Nitronic系列产品，因为它们具较高的机械强度而得到广泛的应用。然而，也是在完全正确地使用了氩－氧脱碳精炼法之后，这些产品才有了显著的商业性突破。

六十年代末，人们还发现添加氮可以阻止奥氏体不锈钢中金属中间相的析出。最低钼含量为4％和含0.15％氮的德国，如烟气脱硫装置和纸浆及造纸漂白设

备等。

早在1942年Uhlig就已指出了氮对不锈钢抵抗点腐蚀的积极影响。然而，其效果，尤其是与钼结合所产生的叠加效果，直到八十年初才获得充分的证明。

1.3 含6％钼的超级奥氏体不锈钢

1976年，瑞典研制出一种新型的含6％钼不锈钢，即254 SMO。八十年代末

国内研制出了00Cr20Ni18Mo6CuN（相当于 ASTM S31254 EN1.4547 ）。由于氮的加入使得金属中间相的沉淀变得更加缓慢，因此有利于较厚材料的生产，如中厚板和厚壁管材。同时，它的抗腐蚀性和机械性能也得到了很大的提高。以后，其它的含6％钼不锈钢都是按照这种氮合金方法生产的。所谓的6钼超级奥氏体不锈钢家族的共同特点就是它们都具有非常高的抗点蚀和抗缝隙腐蚀能力。因此，一直广泛地应用于海上及脱盐工业，海水处理，含氯的漂白设备及二氧化氯阶段设备和烟气脱硫装置中。254 SMO的出现，标志着6钼超级奥氏体

不锈钢工业化和商业化的开始。

1.4 含7％钼的超级奥氏体不锈钢

锰对氮溶解度的积极影响曾被应用于许多合金化改进过程中。经试验发现铬和钼也具有相似的作用。八十年代，瑞典和德国都曾开发出了含有较多铬、锰和钼并且氮含量很高的合金。934LN和24号两种合金都含有约0.4％的氮，见表1。与含6％钼的超级奥氏体不锈钢相比，这两种钢具有相似的抗腐蚀性和很

高的强度。

表1 用于防止湿腐蚀用途的主要高合金奥氏体不锈钢的化学成分

用热力学数据库给预测高合金奥氏体不锈钢的氮溶解度带来新的发展。仍然是在锰添加量较低的情况下，若铬和钼的合金含量被进一步提高，氮含量可以达到更高水平。此作法曾被试用于654 SMO的研制中。如表1所示，654 SMO含有约3％锰和0.5％氮(9)。654 SMO是一种含7％钼的超级奥氏体不锈钢，其防腐能力与最好的镍基合金相当。654 SMO的出现，是奥氏体不锈钢发展史上一个里程碑。654 SMO 可用目前流行的氩－氧脱碳精炼法冶炼，同时也可用生产不锈钢的连续铸造法生产。一种相似的不锈钢，B66，在法国也是按这些方法制造

出来的，但一些钼被钨所取代了。

1.5 其它发展

七十年代，瑞典开发出了一种特殊的，用于磷酸设施的高合金奥氏体不锈钢Sanicro 28。它含有较多的铬和氮，见表1。和904L和20号合金一样，这个钢种也显示了具有抗应力腐蚀破裂的性能。这种钢一直被用于磷酸和硫酸环境中的管材及较深酸性气井中的套筒和衬管。同时它还被用作进一步研制含更多合金钢材的基础。其中一个例子就是德国研制的含很多铬(33％)，适量钼(1.6％)和0.4％氮的33号合金。这种合金具有很好的耐腐蚀性能。

另一个发展是20世纪70年代研制出的一种用于高温度、高浓度硫酸及高浓度

硝酸中的高硅奥氏体不锈钢。瑞典开发出了这种钢。这种合金后来被定名为SX(12)。它含有高达5％的硅和2％的铜，见表1。在特定环境中具有良好的耐

腐蚀性能。

2 超级奥氏体不锈钢的成分与机械性能

2.1 化学成分与金相组织

一些主要高合金奥氏体不锈钢的主要化学成分在表1中给出。其中AL－6X和254 SMO为典型的6钼超级奥氏体不锈钢，而654 SMO为典型的7钼超级奥氏体

不锈钢。

超级奥氏体不锈钢的基本金相组织为典型的，百分之百的奥氏体。但由于铬和钼的含量均较高，很有可能会出现些金属中间相，如chi和σ相。这些金属中间相常常会出现在板材的中心部位。但是如果热处理正确，就会避免这些金属中间相的生成，从而得到近百分之百的奥氏体。254 SMO 的金相组织没有任何其它金属中间相。该组织是经在1150～12000C温度下热处理之后得到的。

在使用过程中，如果出现了少量的金属中间相，它们也不会对机械性能和表面的耐腐蚀性能有很大的影响。但是要尽量避免温度范围600～10000C，尤其是

在焊接和热加工时。

2.2 机械性能

奥氏体结构一般具有中等的强度和较高的可锻性。在加入一定量的氮之后，除提高了防腐能力外，在保持奥氏体不锈钢可锻性和韧性的同时，高氮超级奥氏体不锈钢还具有很高的机械强度。其屈服强度比普通奥氏体不锈钢要高出50～100％。在室温和较高温度下氮对机械性能的影响分别在表2和表3有所显

示。

表2 ＋20℃温度下高合金奥氏体不锈钢的机械性能

表3 高温下高合金奥氏体不锈钢的屈服强度(Rp0.2MPa)