一、雙相不銹鋼的化學成分

一般認為，雙相不銹鋼的鐵素體與奧氏體相比例為30％～70%時可以獲得良好的性能。但雙相不銹鋼常常被認為含有大致等量的鐵素體和奧氏體，在目前的商品化生產中，為了獲得最佳的韌性和加工性能，傾向于奧氏體的比例稍大一些。主要的合金元素尤其是鉻、鉬、氮和鎳的相互作用是非常復雜的。為了獲得穩定的雙相組織及良好的加工和制造性能，必須注意使每種元素有適當的含量。 除了相平衡以外，有關雙相不銹鋼及其化學成分的第二個主要問題是高溫下有害金屬間相的形成。σ相和χ相在高鉻、高鉬不銹鋼中形成，并優先在鐵素體相內析出，氮的添加顯著推遲了這些相的形成。因此，固溶體中足夠的氮含量非常重要。隨著雙相不銹鋼制造經驗的(de)增加，控(kong)制窄的(de)成(cheng)分(fen)范圍(wei)(wei)的(de)重要性(xing)變得越(yue)來越(yue)明(ming)(ming)顯。2205雙相(xiang)鋼(gang)（UNS S31803，表(biao)1）最初設定的(de)成(cheng)分(fen)范圍(wei)(wei)過寬，經驗表(biao)明(ming)(ming)，為了得到最佳的(de)耐腐蝕性(xing)能及避免金屬間相(xiang)的(de)形成(cheng)，S31803的(de)鉻、鉬和(he)氮(dan)含(han)量(liang)應控(kong)制在含(han)量(liang)范圍(wei)(wei)的(de)中(zhong)上(shang)限，由此開(kai)發出(chu)成(cheng)分(fen)范圍(wei)(wei)較窄的(de)改進型2205雙相(xiang)鋼(gang)UNS S32205（表(biao)1）。S32205的(de)成(cheng)分(fen)就是今天大批量(liang)生(sheng)產的(de)2205雙相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)典型成(cheng)分(fen)。在本文中(zhong)，除非(fei)另有說明(ming)(ming)，2205通常(chang)指(zhi)的(de)就是S32205。

以下簡單介紹幾個最重要的合金元素對雙相不銹鋼的力學性能、物理性能和腐蝕性能的影響。鉻：鋼中鉻含量最低須達到10.5％才能形成穩定的鉻鈍化膜，保護鋼不受大氣腐蝕。不銹鋼的耐腐蝕性能隨鉻含量的增加而增加。鉻是鐵素體形成元素，鋼中加鉻可促使體心立方結構的鐵素體形成。鋼中鉻含量較高時，需要加入更多的鎳才能形成奧氏體或雙相（鐵素體－奧氏體）組織，較高的鉻量也會促進金屬間相的形成。奧氏體不銹鋼鉻含量至少為16％，雙相不銹鋼鉻含量至少為20％。鉻還能增加鋼在高溫下的抗氧化能力。鉻的這一作用很重要，它影響熱處理或焊接后氧化皮或回火色的形成和去除。雙相不銹鋼的酸洗和回火色去除比奧氏體不銹鋼困難。鉬：鉬與鉻的協同作用能提高不銹鋼耐點蝕的能力。當不銹鋼中鉻含量至少為18％時，在含氯化物的環境中鉬耐點蝕和縫隙腐蝕的能力是鉻的三倍。鉬是鐵素體形成元素，同時也增大了不銹鋼形成金屬間相的傾向。因此，奧氏體不銹鋼的鉬含量通常小于約7.5％，雙相不銹鋼的鉬含量小于4％。氮：氮提高奧氏體和雙相不銹鋼耐點蝕和縫隙腐蝕的能力。它還能顯著提高鋼的強度。事實上它是最有效的固溶強化元素和低成本合金元素。含氮雙相不銹鋼韌性的提高得益于其較高的奧氏體含量和較少的金屬間相含量。氮并不能阻止金屬間相的析出，但可推遲金屬間相的形成，使得有足夠的時間進行雙相不銹鋼的提高和制造。氮被添加到鉻和鉬含量高的高耐蝕性奧氏體和雙相不銹鋼中，以抵消它們形成σ相的傾向。氮是強奧氏體形成元素，可以取代奧氏體不銹鋼中的部分鎳。氮可降低層錯能并提高奧氏體的加工硬化率。它還通過固溶強化提高奧氏體的強度。雙相不銹鋼一(yi)般都添加氮(dan)并調整(zheng)鎳含(han)量(liang)以(yi)獲得(de)理(li)想(xiang)的(de)相(xiang)平(ping)衡(heng)。鐵素體(ti)形成元素鉻(ge)和鉬與奧氏體(ti)形成元素鎳和氮(dan)相(xiang)平(ping)衡(heng)以(yi)獲得(de)雙相(xiang)組織。

三、鎳：鎳是奧氏體穩定元素，促使不銹鋼的晶體結構從體心立方結構（鐵素體）向面心立方結構（奧氏體）轉變。鐵素體不銹鋼含極少的鎳或不含鎳，雙相不銹鋼含鎳量為低至中等，如1.5%～7％，300系奧氏體不銹鋼至少含有6％的鎳（見圖1、2）。添加鐵素體組織鎳推遲奧氏體不銹鋼中有害金屬間相的形成，但是在雙相不銹鋼中鎳的推遲效果遠不如氮。面心立方結構使得奧氏體不銹鋼具有極佳的韌性。相對于鐵素體不銹鋼，雙相不銹鋼中約一半(ban)的奧氏(shi)體(ti)組織(zhi)使得雙相鋼(gang)的韌性(xing)顯著提高。    

圖1：用調用鎳(nie)，使(shi)氯化(hua)鈉晶體(ti)(ti)形式從(cong)體(ti)(ti)心立米(mi)形式（都(dou)不量的(de)鎳(nie)或無鎳(nie)）轉(zhuan)化(hua)為面心立米(mi)形式（最少6%的(de)鎳(nie)——300系）。含帶(dai)適中(zhong)鎳(nie)純度(du)的(de)雙相(xiang)304不銹鋼進行中(zhong)很多晶體(ti)(ti)是鐵素體(ti)(ti)，很多晶體(ti)(ti)是奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，其理想的(de)心態是此二者規(gui)模一樣

圖2：加(jia)劇(ju)鎳(nie)量使不繡(xiu)鋼的顯(xian)微團(tuan)(tuan)體(ti)從(cong)鐵素(su)體(ti)（左）轉變成為雙相（中）終(zhong)將奧氏體(ti)（右(you)）（哪(na)些(xie)相片由Outokumpu提拱，體(ti)現了光(guang)電器件高倍顯(xian)微鏡下(xia)撥大的經(jing)打磨拋光(guang)和風蝕坯料的團(tuan)(tuan)體(ti)。雙相團(tuan)(tuan)體(ti)中，鐵素(su)體(ti)被染色(se)劑，呈深棕色(se)）

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