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體不銹(xiu)鋼,相當于超級奧氏體(ti)不銹鋼,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)(chao)級鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼按碳(tan)、氮含量的(de)不(bu)同,可(ke)區分為(wei)高純(chun)和(he)一(yi)(yi)般純(chun)度(du)兩類。前者(zhe)(zhe)碳(tan):≤0.01%、氮:≤0.015%、碳(tan)+氮:≤0.01%;后者(zhe)(zhe)采(cai)用(yong)加入Ti、Nb穩定化措施以(yi)防止(zhi)敏(min)化后耐蝕(shi)性(xing)降低。高純(chun)超(chao)(chao)級鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼性(xing)能(neng)好,但(dan)生產成本偏(pian)高,除(chu)在特殊(shu)情況下一(yi)(yi)般不(bu)被采(cai)用(yong);一(yi)(yi)般純(chun)度(du)并加人穩定化元素(su)一(yi)(yi)類,可(ke)采(cai)用(yong)通用(yong)不(bu)銹鋼裝備進行(xing)生產,其(qi)性(xing)能(neng)亦可(ke)達(da)到高純(chun)度(du)類的(de)水平,因此采(cai)用(yong)較多。GB/T 4237-2015和(he)GB/T 3080-2015納(na)入了4個超(chao)(chao)級鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(見表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(gang)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鋼焊接鋼管》,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(he)(he)合(he)(he)金化(hua)是超(chao)級鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)合(he)(he)金化(hua)特(te)點,Strecher于1974年公布(bu)的(de)Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)與鋼(gang)的(de)耐(nai)點蝕(shi)(shi)、耐(nai)縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)、耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)之(zhi)間的(de)關(guan)系曲線,是超(chao)級鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)發展的(de)基礎(chu)。為了能(neng)滿足所(suo)規定的(de)3種腐(fu)蝕(shi)(shi)條件,鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中的(de)Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)需恰當配(pei)比,當wc在25%~32%范(fan)(fan)圍內,隨(sui)Cr含(han)量(liang)(liang)的(de)提(ti)高(gao),為滿足對耐(nai)蝕(shi)(shi)性的(de)要求,所(suo)需加入的(de)Mo含(han)量(liang)(liang)隨(sui)之(zhi)下降。此外(wai),還應考慮Cr、Mo對脆(cui)性和(he)韌脆(cui)轉變溫度的(de)影響(xiang),過(guo)高(gao)的(de)Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)將加劇脆(cui)性相的(de)析出和(he)升(sheng)高(gao)韌脆(cui)轉變溫度。因(yin)此,超(chao)級鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中的(de)Cr、Mo均限(xian)制(zhi)在一定范(fan)(fan)圍之(zhi)內,形成了25Cr-4Mo、27Cr-4Mo、28Cr-2Mo、29Cr-4Mo、30Cr-2Mo等類型的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)。
這類鋼鉻、鉬(mu)含量高,在600~950℃加(jia)熱(re)和停留,極(ji)易(yi)析出σ、X、Laves等相,嚴重惡化鋼的性能。因(yin)此,在高溫加(jia)熱(re)進行熱(re)處理時,保溫后需急冷,焊后也(ye)要(yao)求快速(su)冷卻。
鐵素(su)體不銹(xiu)鋼的韌脆轉變(bian)溫度過高是影響其(qi)應用的一個重要(yao)因素(su),可以通(tong)過控(kong)制C、N含量,熱處理時采(cai)用快速冷卻和減小截面尺寸予以解決。