超級(jí)鐵素體不銹鋼產(chǎn)生于20世紀(jì)70~80年代,當(dāng)時(shí)工業(yè)發(fā)展急需能適應(yīng)各種水質(zhì)條件的換熱器材料,尤其是以海水為冷卻介質(zhì)的電廠表面冷凝器。為此,許多國(guó)家開發(fā)了高鉻鉬的超級(jí)鐵素體不銹鋼,即鉻:>25%、鉬:>2%,其耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕的性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)鐵素體不銹鋼,相當(dāng)于超級(jí)奧氏體不銹鋼,其耐點(diǎn)蝕指數(shù)PREN(wc+3.3wmo)≥35,最高可達(dá)40以上。表9.31為已商業(yè)化的超級(jí)鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分。
超級(jí)鐵素體不銹鋼按碳、氮含量的不同,可區(qū)分為高純和一般純度兩類。前者碳:≤0.01%、氮:≤0.015%、碳+氮:≤0.01%;后者采用加入Ti、Nb穩(wěn)定化措施以防止敏化后耐蝕性降低。高純超級(jí)鐵素體不銹鋼性能好,但生產(chǎn)成本偏高,除在特殊情況下一般不被采用;一般純度并加人穩(wěn)定化元素一類,可采用通用不銹鋼裝備進(jìn)行生產(chǎn),其性能亦可達(dá)到高純度類的水平,因此采用較多。GB/T 4237-2015和GB/T 3080-2015納入了4個(gè)超級(jí)鐵素體不銹鋼(見表9.6)。
由于電力行業(yè)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(guó)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(gè)牌號(hào),其中低鉻類5個(gè)、中鉻類6個(gè)、高鉻類4個(gè),其余8個(gè)為超級(jí)鐵素體不銹鋼,超級(jí)鐵素體不銹鋼用于氯離子濃度高的海水等介質(zhì)。外徑不大于60mm、壁厚不大于2.7mm時(shí),鋼管應(yīng)以冷軋鋼帶為原料,采用不添加填充金屬的自動(dòng)焊接方法制造。
GB/T 30066-2013中列人的8個(gè)超級(jí)鐵素體不銹鋼牌號(hào)為008Cr27Mo、022Cr27Ni2Mo4NbTi、022Cr29Mo4NbTi、008Cr30Mo2、019Cr25Mo4Ni4NbTi、008Cr29Mo4、008Cr29Mo4Ni2、012Cr28Ni4Mo2Nb。前面4個(gè)牌號(hào)亦列入了GB/T 3280-2015,其化學(xué)成分見表9.6,但略有差異,主要是對(duì)S、P、的要求更為嚴(yán)格。其余的4個(gè)牌號(hào):019Cr25Mo4Ni4NbTi即瑞典的25Cr-4Mo(Monit)鋼,008Cr29Mo4 即美國(guó)的29Cr-4Mo(S44700)鋼,008Cr29Mo4Ni2 即美國(guó)的AL29-4-2(S44800)鋼,012Cr28Ni4Mo2Nb即德國(guó)的X1CrNiMoNb28-4-2鋼,這些鋼的化學(xué)成分見表9.31。
Cr、Mo復(fù)合合金化是超級(jí)鐵素體不銹鋼的合金化特點(diǎn),Strecher于1974年公布的Cr、Mo含量與鋼的耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕之間的關(guān)系曲線,是超級(jí)鐵素體不銹鋼發(fā)展的基礎(chǔ)。為了能滿足所規(guī)定的3種腐蝕條件,鐵素體不銹鋼中的Cr、Mo含量需恰當(dāng)配比,當(dāng)wc在25%~32%范圍內(nèi),隨Cr含量的提高,為滿足對(duì)耐蝕性的要求,所需加入的Mo含量隨之下降。此外,還應(yīng)考慮Cr、Mo對(duì)脆性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響,過高的Cr、Mo含量將加劇脆性相的析出和升高韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此,超級(jí)鐵素體不銹鋼中的Cr、Mo均限制在一定范圍之內(nèi),形成了25Cr-4Mo、27Cr-4Mo、28Cr-2Mo、29Cr-4Mo、30Cr-2Mo等類型的鐵素體不銹鋼。
這類鋼鉻、鉬含量高,在600~950℃加熱和停留,極易析出σ、X、Laves等相,嚴(yán)重惡化鋼的性能。因此,在高溫加熱進(jìn)行熱處理時(shí),保溫后需急冷,焊后也要求快速冷卻。
鐵素體不銹鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度過高是影響其應(yīng)用的一個(gè)重要因素,可以通過控制C、N含量,熱處理時(shí)采用快速冷卻和減小截面尺寸予以解決。