新双相不锈钢.docx
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新双相不锈钢
4.5、双相不锈钢
4.5.1、常用双相不锈钢的钢号、化学成分和性能特点
1、1Cr18Mn10Ni5Mo3N
(1)化学成分
1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的化学成分见表5-11。
表5-11 1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的化学成分,%
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
S
P
N
≤0.10
≤0.10
8.5-12.0
17-19
4.0-6.0
2.8-3.5
≤0.03
≤0.06
0.20-0.30
(2)力学性能
1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的力学性能见表5-12。
表5-12 1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的力学性能
热处理制度
室温力学性能
备注
бb,
Mpa
б0.2,
MPa
δ5
%
ψ
%
αk
105J/m2
1100-1150℃水冷
1100℃水冷
≥685
≥345
≥45
≥65
≥19.6
①
765
461
48.0
65.0
8mm厚板
895
490
48.5
68.5
24.5
18mm厚板
热处理制度
温度,℃
低温冲击韧性αk
105J/m2
1100℃水冷
(固溶处理)
0
24.3
-20
23.5
-40
22.8
-60
21.3
①摘自GB1220-92
(3)耐腐蚀性能
1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的耐腐蚀性能见表5-13。
经≥1050℃固溶处理并650℃,25min敏化处理时可通过T法晶间腐蚀检验。
表5-13 1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的耐腐蚀性能
介质条件
试验时间
h
腐蚀速度
mm/a
介质
浓度, %
温度,℃
醋酸、甲酸的混酸
HAC 80
HCOOH 2
沸腾
100
0.0002
HAC 98
HCOOH 1
沸腾
100
0.0106
醋酸、甲酸的混酸
HAC 98
HCOOH 3
沸腾
100
0.0196
HAC 98
HCOOH 9
沸腾
100
0.0310
HAC
98
沸腾
100
0
H3PO4
50
70
沸腾
耐蚀
<70
耐蚀
挂片试验结果
挂片位置
温度,℃
时间,h
腐蚀速度,mm/a
半循环法尿素反应器内套中
180
13111.5
0.1784
高效半循环法尿素反应器内套中
188
2679
0.46
全循环法尿素合成器内套中
188
3555
<0.3
(4)1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的冷、热加工和热处理工艺及焊接性能
1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢冷加工性良好,但冷加工硬化倾向较Cr-Ni奥氏体不锈钢大。
此钢加热时导热性差,热加工时变形抗力大。
适宜的热变形温度为900-1180℃。
热加工后堆冷。
1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的固溶处理温度为1100-1150℃,冷加工中间退火温度为1050-1100℃。
可采用氩弧焊,电弧焊进行焊接,可焊性良好,通常采用奥302、奥207、奥242等焊条。
厚度为4,8,18mm的钢板其焊接接头可通过T法晶间腐蚀检验。
(5)物理性能
1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢的物理性能为:
密度ρ:
7.8×103kg/m3;
线膨胀系数α:
20-100℃时,14.83×10-6K-1;
20-300℃时,17.76×10-6K-1;
20-500℃时,18.70×10-6K-1;
热导率λ:
100℃时,14W/(m.K);
300℃时,17W/(m.K);
500℃时,19W/(m.K);
2、0Cr17Mn14Mo2N(A4)
(1)化学成分
0Cr17Mn14Mo2N钢的化学成分见表5-14。
表5-14 0Cr17Mn14Mo2N(A4)钢的化学成分,%
C
Si
Mn
Cr
Mo
S
P
N
≤0.08
≤0.7
12-15
16.5-18.5
1.8-2.2
≤0.02
≤0.045
0.20-0.30
(2)组织特点
0Cr17Mn14Mo2N钢经适宜热处理后具有α+γ双相结构,α:
20%-40%,γ:
80%-60%。
此钢经较长期时效,组织稳定性较低。
由于金属间相,χ、б和碳、氮化物的析出,使钢极易脆化,且耐蚀性下降。
图5-50系此钢经1050℃加热后,铁素体的等温转变曲线。
可知,经短期时效后,0Cr17Mn14Mo2N钢便有M7C3、M23C6等碳化物,Cr2(N),Mn2N等氮化物以及χ、б等金属间相析出。
图5-50
(3)力学性能
0Cr17Mn14Mo2N钢的力学性能见表5-15。
-40℃时的低温冲击韧性为16.2×105J/m2。
表5-15 0Cr17Mn14Mo2N钢的力学性能
热处理制度
бb
MPa
бs
MPa
δ5
%
ψ
%
αk
105J/m2
硬度
HB
冷弯
d=2a
备注
1050-1100℃水冷
≥736
≥441
≥30
≥55
①
746-775
569-613
37.5-47.5
53-59
21.6-
25.5
255
180°
6-10mm
厚板
775-785
539-564
44-47.5
55-64
255
180°
2-4mm
厚板
814-844
559-608
42-53
1-1.5mm
厚冷轧板
805-863
490-588
39-52
50-60
250-255
扩口20%
合格
压扁H=
2s合格
φ25×2.5--φ70×5
管材
736-834
441-541
40-60
65-75
24.5
φ12-25
棒材
① 摘自GB1220
(4)耐腐蚀性能
0Cr17Mn14Mo2N钢的耐蚀性见表5-16。
表5-16 0Cr17Mn14Mo2N钢的耐腐蚀性能
介质条件
试验时间,
h
腐蚀速度,mm/a
介质
浓度,%
温度,℃
硫酸
1
室温
100
0.001
1
60
100
0.002
1
80
100
0.001
1
沸腾
100
0.004
5
室温
100
0.003
5
60
100
33.35
10
室温
100
0.002
10
60
100
75.87
20
室温
100
75.17
硫酸+
甲醛
H2SO4115g/l
甲醛 12g/l
70
48
0.001
H2SO4225g/l
甲醛 25g/l
70
48
173
醋酸
10
沸腾
100
0.001
25
沸腾
100
0.001
50
沸腾
100
0.001
>98
沸腾
100
0.002
醋酸+HAC
甲酸 甲酸
98
2
沸腾
144
0.0001
磷酸
10
沸腾
100
0.005
30
沸腾
100
0.009
50
沸腾
100
0.044
70
沸腾
100
1.43
28.42
(工业介质)
68
34
0.016
盐酸
75g/l
室温
25
0.0077
0.5
室温
100
0.045
2.0
室温
100
12.73
草酸
10
80
100
0.978
柠檬酸
25
80
100
<0.001
硫化氢
饱和水溶液
130-140
1224
0.0090
同上(汽相)
同上
1224
0.0020
氢氧化钠
23.5
室温
48
0.0044
氯化锌
60.83
室温
144
0.002
60.83
沸腾
93
0.233
挂片试验结果:
挂片条件
温度,℃
试验时间,h
腐蚀速度mm/a
6.85%SO2,30%-40g/l(液相2.68%H2SO4,
1.1g/l)冲击洗涤器气相进口
300
209
0.585
2.68%SO2,1.03g/l(液相2.68%H2SO4,
1.1g/l)冲击洗涤器气相出口
64
209
0.004
20%H2SO4,0.25%AS,0.19%F-,0.30%Fe,
0.78%SO2
75
720
0.066
14%H2SO4,<0.15%HNO3,10%FeSO4,
5%Fe2(SO4)3,>0.03%HgSO4,乙醛
二段接触氧仪
沸腾
96
0.201
维尼伦工业介质
>99%工业醋酸,维尼纶醋酸蒸发器,
15-50%醋酸,30-40水,1-3%乙醛,0.5-2%甲酸;-0.5%醋酸乙醋,酣酸蒸馏塔上段(焊接板材)
沸腾
1.162
102-115
11879
0.0085
醋酸分馏塔下段塔体上部,介质与醋酸蒸馏塔上段相同)
102-105
5687
0.0494
焊接板材,介质与醋酸蒸馏塔上段相同
102-105
5687
0.0075
95%-96%醋酸,<3%乙醛,-0.5%甲酸、氧化塔第二塔节(焊接板材)
60-70
5687
0.274
98.5%-99.5%醋酸,微量甲醛,乙醛和水,醋酸蒸发器液相(焊接板材)
125-130
1510
0.002
58.35%醋酸,38.15%醋酸乙烯,1.1%乙醛、醋酸乙烯脱醛塔(焊接板材)
82-90
565
0.018
57.15%醋酸,0.083%醋酸甲脂,0.0019%氯离子,水、水解液蒸馏塔(焊接板材)
105-106
1335
0.0005
95%-97%醋酸,3%-5%醋酸乙烯,1%丁烯醛,醋酸回收蒸馏塔釜底液相
134-137
628
0.1585
焊接板材,介质为醋酸回收蒸馏塔釜底液
134-137
628
0.0879
>98%醋酸乙烯,少量醋酸,丁烯醛,醋酸乙烯精馏釜(焊接板材)
72-89
843
0.080
尿素工业介质:
尿素合成塔半循环:
NH3:
CO2:
H2O=4:
1:
0.7 MPa
NH3:
CO2:
H2O=4:
1:
0.7 焊接板材
-190
2390
0.067
-190
4699
0.225
大型尿素合成塔塔顶,20MPa,焊接板材
大型尿素合成塔塔顶,20MPa,焊接板材
尿素合成一段分离器介质,高效循环,焊接板材
联尿汽提塔气相
同上,气相混合介质
同上,液相
联尿CO2吸收塔介质
-190
2985
0.13
-190
2985
0.07
-160
2922
0.10
949
0.006
949
0.071
949
0.004
949
0.002
化学合成纤维(卡普涤)工业介质
>96已内酰胺,0.03%已二酸,1%胺基已酸,2%水,聚合罐输入罐上段花板(焊接板材)
240-250
10560
0.004
40%硫胺,卡普隆硫胺蒸发器(焊接板材)
75
438
0.003
811-830g/l亚硫酸氢胺,16g/l亚硝酸钠二盐反应器(焊接板材)
0-50
2208
0.001
80%已内酰胺(液相),己内酰胺蒸馏釜
80%己内酰胺,焊接板材
80%己内酰胺(气相),己内酰胺蒸馏釜
80%己内酰胺(气相),焊接板材
185
438
0.118
185
438
0.043
185
438
0.011
185
438
0.035
34.5%巴豆醛,29.1%丁醛,18.4%丁醇、水、重组份,氢、废气、巴豆醛加氢塔反应段
110-136
--1608
0.042
丙烯脂,乙腈,氢氰酸,丙烯醛,氨,一氧化碳,二氧化碳,低碳烷烃,惰性气体等,丙烯腈氨中和塔顶
68-72
--1163
0.0029
丙烯腈氨中和塔釜液
沸腾
100
0.0034
0.1%-0.2%甲酸,20%-38%甲醛,三聚甲醛合成分馏塔中部
90-98
1678
0.001
32%硫酸铵,14%硫酸钠,7%氯化铵
芒硝联碱II过程介质,一次蒸发上循环管
芒硝联碱II过程介质,二次蒸发上循环管
130
480
0.016
110
1944
0.018
110
1944
0.38
晶 间 腐 蚀(钢中碳量与晶间腐蚀关系)
C,%
650℃敏化时间,h
检查结果
0.048
1
无晶间腐蚀
2
同上
0.058
1
同上
2
同上
0.078
1
无晶间腐蚀
2
有极轻微晶间腐蚀
0.090
1
有极轻微晶间腐蚀
2
有晶间腐蚀
应 力 腐 蚀
应力
介质条件
腐蚀速度
mm/a
断裂时间
h
介质
温度,℃
爆炸应变量2%
爆炸应变量5%
尿素合成塔介质
--190
0.179
5000h,无裂纹
尿素合成塔介质
--190
0.197
5000h,无裂纹
尿素合成塔介质
--190
0.194
5000h,无裂纹
0.65бb
H2S饱和水溶液
室温
2500h,未断
0.80бb
H2S饱和水溶液
室温
2500h,未断
0.80бb
人造海水
室温
2500h,未断
点 蚀
介质条件
腐蚀率,g/(m2.h)
点蚀情况
10.8%FeCl3·6H2O+0.5mol/lHCl,室温,4h
0.2
端面有点蚀
10%NaCl+5% FeCl3·6H2O,室温,10h
0.5
点蚀
(5)冷、热加工和热处理工艺及焊接性能
0Cr17Mn14Mo2N钢的冷、热加工性能要比Cr-Ni奥氏体不锈钢和含镍的Cr-Mn-N钢为差。
由于冷加工硬化倾向大,故冷加工变形量到50%-60%后便需进行中间软化退火。
此钢的热加工温度区间较窄,适宜的热加工温度为900-1150℃。
既使如此,由于此钢的热塑性差,冶金厂成材率低,从而妨碍了此钢的大量生产和应用。
此钢热处理为加热到1050-1080℃后急冷。
当采用合适焊接工艺时,此钢可焊性良好,可用手工电弧和埋弧自动焊焊接,焊速<10m/h。
可选用“上海160(Cr-Mn-N)”焊条。
焊后焊接接头若不经过敏化处理可通过“T”法检验。
在有晶腐蚀的危险环境中,不宜采用焊接结构。
(6)物理性能
0Cr17Mn14Mo2N钢的物理性能为:
密度ρ:
7.8×103kg/m3;
比热容C:
100℃时,470J/(kg.K);
300℃时,490J/(kg.K);
500℃时,510J/(kg.K);
弹性模量E:
20℃时,212000MPa;
100℃时,199000MPa;
300℃时,191000MPa;
500℃时,169000MPa;
线膨胀系数α:
20-100℃时,15.3×10-6K-1;
20-300℃时,16.6×10-6K-1;
20-500℃时,17.6×10-6K-1;
热导率λ:
100℃时,18W/(m.K);
300℃时,25W/(m.K);
500℃时,30W/(m.K);
3、1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti
(1)化学成分
1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti这两种钢的化学成分见表5-17。
为了防止500-550℃短时加热而引起的脆性,要控制钢中Ti≤0.5%,且残余Al要限制在≤0.08%。
表5-17 1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti钢的化学成分,%
钢号
C
Si
Mn
Cr
Ni
Ti
S
P
1Cr21Ni5Ti
0.09-0.14
≤0.80
≤0.80
20-22
4.8-5.8
5(C%-0.02)≤0.80
≤0.03
≤0.035
0Cr21Ni5Ti
≤0.08
≤0.80
≤0.80
20-22
4.8-5.8
5×C%≤0.70
≤0.03
≤0.035
(2)力学性能
1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti这两种钢的力学性能见表5-18。
表5-18 1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti钢的力学性能
钢号
热处理制度
室温力学性能
αk
105J/m2
弯曲
次数
备注
бb
MPa
б0.2
MPa
δ5
%
ψ
%
1Cr21-Ni5Ti
950-1050℃水或空冷
≤339
≤343
≤25
≤40
①
980℃40min
空冷
680
540
20.3
65.5
14.0
φ20
棒材
980-1050℃30min空冷
789---873
453---688
15.6----20.6
1.5mm厚板材
1000℃固溶处理
673---716
431---519
30-33
19--22
4mm
厚板材
固溶后500℃
1h时效
696---770
837---854
21-27
4-14
1050℃45min空冷
814
15.4
5.9
6mm
厚板材
钢号
热处理制度
温度
℃
高温力学性能
бb
MPa
б0.2
MPa
δ5
%
ψ
%
0Cr21-Ni5Ti
1000℃2min
水冷
100
588
294
35
200
539
294
30
300
490
245
30
400
490
245
30
500
412
235
30
600
294
177
35
700
177
40
800
108
62
75
900
68.6
60
65
1000
29.4
66
82
1100
19.6
100
75
1200
19.6
65
75
钢号
热处理制度
(或状态)
室温力学性能
冷弯次数或弯曲角度
备注
бb
MPa
б0.2
MPa
δ5
%
ψ
%
αk
105J/m2
1Cr21Ni5Ti
950-1100℃水或空冷
588
343(σs)
20
40
①
980℃40min水冷
665
460
28.0
64.3
16.6
φ20
棒材
980-1050℃
30min空冷
779-798
580
26.6-27.1
6mm
厚板材
热处理状态
686-834
510-588
22-32
4-6
1.5mm厚板材
冷轧状态
883-1128
686-883
8-10
2-3
固溶后500℃时效
932
883
4-10
3.9--5.9
100-180
钢号
热处理制度
温度
℃
高温力学性能
бb
MPa
б0.2
MPa
δ5
%
ψ
%
1Cr21
Ni5Ti
1000℃,2min水冷
100
686
441
20
200
588
392
10
300
588
343
10
400
490
343
10
500
441
294
15
600
294
245
20
700
147
98
20
800
118
64
82
900
69
95
91
1000
29
90
67
1100
20
90
70
1200
10
143
78
(3)耐腐蚀性能
1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti钢均无晶间腐蚀倾向。
它们的耐蚀性见表5-19。
表5-19 1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti钢的耐蚀性能
钢号
介质条件
腐蚀速度
mm/a
种类
浓度,%
温度,℃
1Cr21Ni5Ti
HNO3
65
沸腾
0.50
草酸
10
沸腾
0.01
草酸+NaCl
草酸10
NaCl1
沸腾
5.0-7.1
0Cr21Ni5Ti
HNO3
65
沸腾
0.242-0.275
草酸
10
沸腾
0.01
HNO3
30
沸腾
0.06 (18-8焊条
0.385 手工电弧
0.759 焊后)
50
沸腾
65
沸腾
65
沸腾
0.280 自动焊后
H2SO4
10
20℃
0.616 氩弧焊后
(4)冷、热加工和热处理工艺及焊接性能
1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti钢的冷、热加工性能均良好。
由于双相不锈钢的屈服强度较高,故冷加工,特别是管材扩口,板材冷冲压性能等较Cr-Ni奥氏体不锈钢稍差。
但是,当所加外力一旦超过钢的屈服点后,这两种钢同样可顺利变形。
1Cr21Ni5Ti和0Cr21Ni5Ti钢适宜的热加工温度为950-1050℃。
此时,钢中α、γ两相组织的力学性能差别最小,具有最佳的热塑性,它们的热处理工艺为950-1050℃加热后急冷。
1Cr21Ni5Ti和0Cr21Ni5Ti钢的可焊性好,宜采用氩弧焊和电弧焊接,当选用焊丝或焊条时,可用不含稳定化元素的18-8Cr-Ni奥氏体不锈钢焊丝或焊条。
(5)物理性能
1Cr21Ni5Ti,0Cr21Ni5Ti钢的物理性能见表5-20。
表5-201Cr21Ni5Ti和0Cr21Ni5Ti的物理性能
钢号
密度ρ
103kg/m3
弹性模量E
MPa
线膨胀系数α
10-6K-1
热导率λ
103W/(m.K)
20℃
100℃
300℃
20-100℃
20-300℃
20℃
100℃
300℃
1Cr21Ni5Ti
0Cr21Ni5Ti
7.8
7.8
18700
199000
174000
197000
172000
178000
10.0
9.6
16.8
16.0
0.17
0.17
0.18
(700℃)
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