超级奥氏体不锈钢的性能对比

　　1.1化学成分与金相组织

　　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。254SMO的金相组织没有任何其它金属中间相。该组织是经在1150～12000C温度下热处理之后得到的。

　　1.2机械性能

　　表2＋20℃温度下高合金奥氏体不锈钢的机械性能

　　RmMPa

　　1.4404

　　1.4539

　　00Cr20Ni25Mo4.5Cu

　　1.4439

　　00Cr20Ni18Mo6CuN

　　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。

　　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。

　　KN/mm2

　　导热系数W/m℃

　　S31803

　　1.4301

　　S31254

　　00Cr20Ni18Mo6CuN

　　N10276

　　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。

　　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。

　　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

　　表5在不同化学制品中导致0.1毫米/年的腐蚀速度的临界温度℃

　　654SMO

　　254SMO

　　317LMN

　　1%HCi

　　>126

　　表6WPA1和WPA2的主要化学成分，重量百分比

　　H3PO4

　　Fe2O3

　　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WPA2中，其耐腐蚀性能则是最差的,见表5。

　　2.2点腐蚀和缝隙腐蚀

　　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。

　　PRE(16)

　　CPT℃

　　S31803

　　317LMN

　　317LMN

　　1.4439

　　NO8904

　　1.4539

　　1.4563

　　254SMO

　　S31254

　　1.4547

　　S32654

　　1.4652

　　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700mVSCE

　　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。

　　表8在温度为80℃的模拟脱硫塔环境中可导致缝隙腐蚀的临界氯含量

　　1.4404

　　1.4539

　　254SMO

　　S31254

　　1.4547

　　654SMO

　　S32654

　　1.4652

　　合金625

　　2.4856

　　欧洲统一标准，对于金相组织较差的试样，氯离子浓度低达4000ppm时也曾出现过问题。

　　2.3应力腐蚀破裂

　　可以清楚地看出，与普通不锈钢相比，超级奥氏体不锈钢有着非常优异的抗应力腐蚀破裂的能力。

　　200℃时的临界屈服强度

　　欧洲统一标准

　　导致不锈钢发生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂最常见的环境是在水中，尤其是在海水中。因为海水的氯离子含量是非常高的。由于超级奥氏体不锈钢的临界点腐蚀温度和临界缝隙腐蚀温度均非常高，见表7，说明其在海水中耐局部腐蚀的能力也是非常的强。所以含6％钼和7％钼超级奥氏体不锈钢同镍基合金一样曾广泛地被应用于海水中。由于实际情况有很大的不同，所报道的使用结果也大不相同。有的使用了几年仍状况良好，有的仅在一年之内就出现了严重的腐蚀问题。如同所有与含氯化物的水接触的不锈钢一样，决定性的因素仍是因焊接而产生的氧化物和微小的缝隙，同时残余氯含量也是一个非常重要的因素。

　　在低于50℃的情况下，在干净的6钼超级奥氏体不锈钢表面不应出现任何点蚀问题。但在一些实际应用中，也有6钼超级奥氏体不锈钢在较高工作温度下具有较好使用性能的实例。最具限制性的因素是缝隙腐蚀。如果缝隙情况严重的话，即使在20～30℃)的温度下也会发生腐蚀。然而，至少在温度高达30℃及残余氯含量约为百万分之0.5的情况下，这种类型的不锈钢一般都是合格的。在缝隙情况很严重时(比如在某些类型的板式换热器上会发现这种情况），即使将温度一直保持在25℃以下，一般也不将6钼超级奥氏体不锈钢用于此类用途。在缝隙很严重但未添加氯的用途中，至少在35℃的温度下，6钼超级奥氏体不锈钢的使用则一直是很成功的。

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