超级奥氏体不锈钢性能

超级奥氏体不锈钢性能

1.1 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1150～1200C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600～1000C，尤其是在焊接和热加工时。

1.2 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。

如表2和表3所示，在所有温度下机械强度均随氮含量的增加而提高。尽管强度增加了许多，但超级奥氏体不锈钢的延伸率仍然很高。甚至高于许多低合金钢的延伸率。这主要是由于其较高的含氮量和与之相关的另一个特点——高加工硬化率，见图2和图3。因此经冷加工成型的部件就可获得很高的强度。可利用这一特性的用途包括较深井中的管道及螺栓等。和普通奥氏体不锈钢一样，超级奥氏体不锈钢的低温性能也是很好的。超级奥氏体不锈钢的抗撞击及抗断裂能力是很高的，并

且只有在低达－196℃时才会略有下降。

1.3 物理性能

物理性能主要取决于奥氏体结构，同时也部分地取决于材料的化学成分。就是说超级奥氏体不

锈钢较普通奥氏体不锈钢，如304或316型，在物理性能方面是没有很大区别的。表4列出不同合

金的一些典型物理性能值。

含6钼超级奥氏体不锈钢的热膨胀度比双相不锈钢2205要大，因此焊接时在结合部位上可能会出现一些变形。虽然镍基合金的热膨胀度一般较低，但其较差的导热性正好将其这一优点抵消。

这些物理性能在设计用不锈钢制作部件或不锈钢与其它合金连接时，具有很重要的意义。

2 超级奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能

在很大程度上，奥氏体不锈钢的发展是为了满足各种环境中对防腐性能的要求。许多合金曾是被设计用于一种特定环境的，随后其应用范围发展得越来越广泛。因此，对超级奥氏体不锈钢的选用，其耐腐蚀性能是一个很重要的依据。这里主要介绍均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂。

3.1 均匀腐蚀

提高不锈钢稳定性的最重要合金元素为铬和钼。超级奥氏体不锈钢中这些成分的含量均较高，因此在各种溶液中都显出很好的耐腐蚀性。在有些环境中，硅、铜和钨等元素的添加可进一步提高材料的耐腐蚀性。图1所示是一些奥氏体不锈钢在纯硫酸中的等腐蚀速度曲线图。可以看出，合金含量较高的不锈钢，如904L，254 SMO和654 SMO等，在较大浓度和温度范围内比普通型奥氏体不锈钢，如304和316等，具有更好的耐腐蚀性。该图同时也显示了高硅不锈钢SX具有非常强

的，抵抗浓硫酸的能力。

图1 一些奥氏体不锈钢在纯硫酸中的等腐蚀速度曲线图，腐蚀速度为0.1毫米/年

说明在特定环境中抗均匀腐蚀能力的另一个方法是测量造成每年0.1毫米(或每年0.5毫升)腐蚀速度的温度。表5例出了一系列浓度不同的化学溶液。这些溶液都是在化学生产中较常见的，同时也给出了不同钢种在这些溶液中腐蚀速度为0.1毫米/年时的临界温度。可以看出，临界温度随着合金含量的增加而提高。在所有溶液中超级奥氏体不锈钢，如254 SMO和654 SMO的临界温度都是最

高的，充分显示了其优异的耐均匀腐蚀性能。

表5还包括了两种常见的湿法工业磷酸，WPA 1和WPA 2其主要成分在表6中给出。

溶液654SMO254SMO317LMN2205

1%HCi95705085

10%H

2SO

4

+0.33%NaCl+SO

2

,饱和756050<10

96%H

2

SO

430203525

85%H

3

PO

49011012050

83%H

3

PO

4

+2%HF859012050 WPA195805045 WPA280603560

5%CH

3COOH+50%(CH

3

CO)

2

O>126*126*>126*100 50%NaOH135115144*90

表6 WPA 1和WPA 2的主要化学成分，重量百分比

不同合金之间的排序随工况情况的不同而变化。2205型双相不锈钢就是一个很好的例子。这种钢在有些环境中的性能甚至比一些高合金奥氏体不锈钢还要好。但在有些环境中其表现就不太好。另一个例子是904L型不锈钢。在纯磷酸中，这种不锈钢是所有钢中表现最好，但在湿法工业磷酸中，它则比不上其它两种超级奥氏体不锈钢。在一种混合液 WPA 2中，其耐腐蚀性能则是最

差的, 见表5。

因此，在为制造业中的设备，如反应器、管道和储罐，推荐最适合的不锈钢时一定要非常谨慎。

最好能掌握有关工况条件的具体数据。

2.2点腐蚀和缝隙腐蚀

点腐蚀和缝隙腐蚀是两种紧密相关的腐蚀类型，均属于局部腐蚀。其主要生产条件为含有氯离子的环境。但温度及酸碱度(pH值)等也起着很重要的作用。当不锈钢处于含氯环境中时，在一定温度下就会发生点腐蚀。众所周知，铬和钼含量的提高有助于增强不锈钢抗局部腐蚀的能力。铬、钼和氮对抵抗局部腐蚀能力的综合影响，经常用经验公式WS（Wirksumme）来表示。

WS(PRE)=％铬＋3.3×％钼＋16×％氮

式中的WS值一般被称之为“耐点腐蚀能力指数(PRE)”。所以也常常用PRE来表示。公式所给出的氮的系数16是最经常使用的。但据文献报道也有采用其它系数的，比如Mannesmann研究院的Herbsleb博士就建议使用30。诸如钨等其它成分对防腐性能也有积极影响。按重量百分比的算法计算，其效果约为钼的一半。为了进行比较，同时用16和30作为PRE 公式中氮的系数为表1中

的一些钢种计算PRE值。结果在表7中给出。

*欧洲统一标准，**在 1摩尔的NaCl 溶液中，***在3.5％的NaCl溶液中，腐蚀电位为700mV SCE 可以看出， PRE(16)和PRE(30)对许多钢种来说差别并不是很大。最重要的是两个系数对排列

不同不锈钢并无任何影响。

表7同时也给出了一些不锈钢的临界点蚀温度(CPT)和临界缝隙腐蚀温度(CCT)。这两个临界温度常常被用来衡量不锈钢耐局部腐蚀的能力。大量的研究工作和实用经验表明，PRE值与不锈钢耐局部腐蚀的能力，如CPT和CCT值，是成比例关系的。317LMN，904L两种奥氏体不锈钢和2205型双相不锈钢的 PRE 值大致相同，其抗点蚀和缝隙腐蚀的能力也应该是相同的。所记录的使用数据显示，904L不锈钢的抗点蚀能力略优于其它钢种，而2205的抗缝隙腐蚀能力则较强，这种现象与

实际使用情况相符。

含6％钼和7％钼的超级奥氏体不锈钢，如254 SMO和654 SMO，均具有较高的PRE值和CPT/CCT 值，见表7。表示其优越的耐局部腐蚀的能力。因此，超级奥氏体不锈钢家族也一直被广泛地应用