超級鐵素體不銹鋼產生于20世紀70~80年代,當時工業發展急需能適應各種水質條件的換熱器材料,尤其是以海水為冷卻介質的電廠表面冷凝器。為此,許多國家開發了高鉻鉬的超級鐵素體不銹鋼,即鉻:>25%、鉬:>2%,其耐點蝕和耐縫隙腐蝕的性能遠優于常規鐵素(su)體不銹(xiu)鋼(gang),相當于超級奧氏體不(bu)銹鋼,其耐點蝕指數PREN(wc+3.3wmo)≥35,最高可達40以上。表9.31為已商業化的超級鐵素體不銹鋼的化學成分。
超(chao)級鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼按碳(tan)、氮含量的(de)不(bu)(bu)同,可(ke)(ke)區分為高(gao)純(chun)(chun)和一(yi)(yi)(yi)(yi)般純(chun)(chun)度兩類(lei)。前者(zhe)碳(tan):≤0.01%、氮:≤0.015%、碳(tan)+氮:≤0.01%;后者(zhe)采(cai)用加(jia)入Ti、Nb穩(wen)(wen)定化措施以(yi)防(fang)止(zhi)敏化后耐蝕(shi)性降低(di)。高(gao)純(chun)(chun)超(chao)級鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼性能好,但生(sheng)產成(cheng)本(ben)偏高(gao),除在特殊情況下一(yi)(yi)(yi)(yi)般不(bu)(bu)被采(cai)用;一(yi)(yi)(yi)(yi)般純(chun)(chun)度并加(jia)人穩(wen)(wen)定化元素(su)一(yi)(yi)(yi)(yi)類(lei),可(ke)(ke)采(cai)用通用不(bu)(bu)銹(xiu)鋼裝備進行生(sheng)產,其性能亦可(ke)(ke)達到高(gao)純(chun)(chun)度類(lei)的(de)水平(ping),因此采(cai)用較多。GB/T 4237-2015和GB/T 3080-2015納入了(le)4個超(chao)級鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(見(jian)表9.6)。
由于電力行業使用鐵素體不銹鋼制作熱交換器和冷凝器用不銹鋼焊管日益增多,以替代銅材、鈦合金,我國制定了GB/T 30066-2013《熱交換器和冷凝器用鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)焊接(jie)鋼(gang)管》,共列入了23個牌號,其中低鉻類5個、中鉻類6個、高鉻類4個,其余8個為超級鐵素體不銹鋼,超級鐵素體不銹鋼用于氯離子濃度高的海水等介質。外徑不大于60mm、壁厚不大于2.7mm時,鋼管應以冷軋鋼帶為原料,采用不添加填充金屬的自動焊接方法制造。
GB/T 30066-2013中列人的8個超級鐵素體不銹鋼牌號為008Cr27Mo、022Cr27Ni2Mo4NbTi、022Cr29Mo4NbTi、008Cr30Mo2、019Cr25Mo4Ni4NbTi、008Cr29Mo4、008Cr29Mo4Ni2、012Cr28Ni4Mo2Nb。前面4個牌號亦列入了GB/T 3280-2015,其化學成分見表9.6,但略有差異,主要是對S、P、的要求更為嚴格。其余的4個牌號:019Cr25Mo4Ni4NbTi即瑞典的25Cr-4Mo(Monit)鋼,008Cr29Mo4 即美國的29Cr-4Mo(S44700)鋼,008Cr29Mo4Ni2 即美國的AL29-4-2(S44800)鋼,012Cr28Ni4Mo2Nb即德國的X1CrNiMoNb28-4-2鋼,這些鋼的化學成分見表9.31。
Cr、Mo復合合金化是超(chao)級(ji)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)合金化特(te)點(dian),Strecher于1974年公布的(de)(de)(de)(de)Cr、Mo含(han)(han)(han)量(liang)與(yu)鋼的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕、耐(nai)縫(feng)隙腐蝕、耐(nai)應力(li)腐蝕之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關系曲線,是超(chao)級(ji)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼發展的(de)(de)(de)(de)基礎。為了(le)(le)能滿(man)足所(suo)規定的(de)(de)(de)(de)3種(zhong)腐蝕條件,鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)Cr、Mo含(han)(han)(han)量(liang)需(xu)(xu)恰當配比,當wc在25%~32%范圍(wei)內(nei),隨Cr含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高,為滿(man)足對(dui)耐(nai)蝕性的(de)(de)(de)(de)要求,所(suo)需(xu)(xu)加(jia)入的(de)(de)(de)(de)Mo含(han)(han)(han)量(liang)隨之(zhi)(zhi)下降。此外,還應考慮Cr、Mo對(dui)脆性和韌脆轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),過高的(de)(de)(de)(de)Cr、Mo含(han)(han)(han)量(liang)將加(jia)劇脆性相的(de)(de)(de)(de)析出和升高韌脆轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度。因此,超(chao)級(ji)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)Cr、Mo均限制在一定范圍(wei)之(zhi)(zhi)內(nei),形(xing)成(cheng)了(le)(le)25Cr-4Mo、27Cr-4Mo、28Cr-2Mo、29Cr-4Mo、30Cr-2Mo等類(lei)型的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。
這(zhe)類鋼鉻、鉬含量高(gao),在600~950℃加熱和停留,極(ji)易析出σ、X、Laves等相,嚴重惡化(hua)鋼的(de)性能。因此,在高(gao)溫加熱進(jin)行熱處理時,保溫后需急冷,焊后也要求快速冷卻。
鐵素(su)體不銹(xiu)鋼(gang)的韌脆轉(zhuan)變溫度(du)過(guo)高是影響其應用(yong)的一個重要因素(su),可以通過(guo)控制C、N含量,熱處理(li)時(shi)采用(yong)快速冷卻(que)和減小截面尺寸予以解(jie)決。