双相不锈钢结合了奥氏体和铁素体钢种的优点, 以单一合金提供高强度和耐腐蚀性.
他们之中, 双工不锈钢332C13 因其平衡的微观结构而脱颖而出, 强大的机械性能, 和优异的耐点蚀性能.
在本文中, 我们探索 332C13 的化学成分, 特性, 制造, 和实际应用来指导工程师进行材料选择和设计.
1. 介绍
不锈钢 分为四个主要家庭:
- 奥氏体 (例如. 304, 316) 具有高镍和优异的成型性
- 铁素体 (例如. 430, 444) 具有良好的抗应力腐蚀开裂性能
- 马氏体 (例如. 410, 420) 热处理后具有高硬度
- 双工 大致结合奥氏体和铁素体相 50:50
双相不锈钢于 20 世纪 70 年代出现，以满足更坚固的需求, 在恶劣环境中更耐腐蚀的合金.
332C13 (EN 1.4462/UNS S31803 等效标准) 享有广泛的规范 ASTM A240, A789, 和 A790 用于板材, 管道, 和管材应用.
我们深入研究332C13的独特属性，帮助您在工程项目中有效应用它.
2. 化学组成
双相 332C13 通过精心平衡的化学成分实现其性能:
| 元素 | 典型内容 | 功能 |
|---|---|---|
| 碳 (c) | ≤ 0.020% | 限制碳化物沉淀 |
| 铬 (Cr) | 21.5–23.5% | 提供耐腐蚀性 |
| 镍 (在) | 4.5–6.5％ | 稳定奥氏体 |
| 钼 (莫) | 2.5–3.5％ | 增强抗点蚀和缝隙能力 |
| 氮 (n) | 0.14–0.20％ | 提高强度和抗点蚀能力 |
| 锰 (Mn) | ≤ 2.00% | 有助于脱氧和热加工 |
| 硅 (和) | ≤ 1.00% | 提高高 T 下的抗氧化性 |
| 磷 (p) | ≤ 0.030% | 限制脆化 |
| 硫 (s) | ≤ 0.020% | 最大限度地减少硫化物夹杂物 |
结果是 双相显微结构 大约 50% 铁氧体和 50% 奥氏体.
这种双相平衡既具有奥氏体钢的韧性，又具有铁素体钢的耐氯化物应力腐蚀开裂性能.
相比之下, 普通双相钢等级 2205 (1.4462) 分享这种化学反应, 然而 SAF 2304 修剪 Mo 和 N，以获得“精益”双相钢，抗点蚀能力略低.
3. 机械性能
双相 332C13 的强度优于大多数奥氏体和铁素体钢种:
| 财产 | 典型的价值 |
|---|---|
| 产生强度 (0.2% 抵消) | 450–550 MPA |
| 最终的拉伸强度 | 650–800 MPA |
| 伸长 (A₅₀毫米) | ≥ 25% |
| 硬度 (布里尔) | 250–300 HB |
| 弹性模量 | 〜210 GPA |
由于其高屈服强度——大约是 304/316 不锈钢——在相同负载下可以实现更薄的截面和更轻的结构.
此外, 应力-应变曲线对于高负载仍保持线性, 提供一个 高强度重量比 压力容器的理想选择, 结构框架, 和管道工程.
4. 双相不锈钢332C13物理性能
通过将中等密度和高刚度与优异的导热性和受控膨胀相结合, 双相 332C13 提供强大的物理性能包.
| 财产 | 典型的价值 |
|---|---|
| 密度 | 7.75–7.85 克/立方厘米 |
| 弹性模量 | 200–210 GPa |
| 泊松比 | 0.27–0.30 |
| 导热率 | 15–20 W/m·K 时 20 °C |
| 比热容量 | ~460 J/kg·K 在 20 °C |
| 热膨胀系数 | 12.5–14 × 10⁻⁶ /°C (20–300°C) |
| 电阻率 | 0.5–0.7 μΩ·m 时 20 °C |
| 磁渗透性 (μᵣ) | 1.01–1.05 (微带磁性) |
5. 耐腐蚀性
双相 332C13 在恶劣环境中表现出色:
- 点抗性: 它是 木头 (固定性等效数) 计算为 ≥ 30, 这意味着对氯化物引起的点蚀具有出色的抵抗力.
- 缝隙腐蚀: 致密铁素体和富钼相可阻止停滞海水条件下的缝隙侵蚀.
- 应力腐蚀破裂 (SCC): 双相牌号可在环境温度和高温下抵抗 SCC (高达~80°C) 远优于316L.
在并排测试中, 332C13 抗点蚀 6% nacl at 25 °C至 +600 mV 与. 银/氯化银, 而316L则在附近分解 +300 MV.
用于海洋平台, 化学植物, 和富含氯化物的大气, 332C13 比标准奥氏体合金具有明显的优势.
6. 制造和焊接性能
332C13 的双相结构同时支持 冷加工 和 动火作业, 但其更高的强度需要坚固的设备:
- 形成性: 你可以弯曲, 邮票, 和卷332C13, 尽管所需的力达到约 1.5 倍 304. 设计人员应限制每道次的减少量以避免破裂.
- 可焊性: 该合金很容易与 匹配的双工填料 (例如. ER2209) 无需预热.
然而, 过多的热输入会在热影响区产生脆性 σ 相, 因此保持层间温度低于 200 °C 并根据需要使用多次通过技术. - 焊后治疗: 固溶退火 1020–1100°C, 然后快速淬火, 重焊后恢复相位平衡.
在许多情况下, 然而, 非关键部件不需要焊后退火.
通过遵循受控的焊接工作流程并使用适当的填充金属, 制造商无需进行大量后处理即可利用 332C13 的性能.
7. 耐热性
双工 332C13 保持机械完整性高达 300–350°C. 超出这个范围:
- 铁素体比例可能下降, 降低韧性
- 可能会出现高温蠕变和相不稳定
它是 热膨胀系数 (~13 × 10⁻⁶ /°C) 位于奥氏体之间 (~16 × 10⁻⁶ /°C) 和铁素体 (~10 × 10⁻⁶ /°C) 等级, 限制异种金属连接中的热应力.
\在中温热交换器中, 压力容器, 和具有循环热负荷的管道, 332C13 提供稳定的性能，而无需超级双相合金的成本.
8. 标准和名称
双相332C13出现在多种规格下:
- 在 1.4462 (欧洲)
- 美国S31803 / S32205 (美国/ASTM A240, A789, A790)
- ISO 11960 用于油井管
- 诺索克MDS 用于海底应用
生产商供应332C13 床单, 盘子, 酒吧, 管子, 和 锻件, 通常尺寸可达 15 毫米板或 12 ” 从管道.
认证 在 10204 3.1 或者 ASTM A967 确保可追溯性和可接受的铁素体水平.
9. 332C13的应用
得益于其平衡的特性, 332C13服务跨行业:
- 海军陆战队 & 离岸: 系泊硬件, 管道, 阀, 和海水应用中的热交换器管.
- 化学处理: 反应堆, 管道, 储罐, 和处理氯化物的泵, 硫化物, 和焦散.
- 纸浆 & 纸: 消化器, 漂白塔, 以及发生氯化物和硫酸盐侵蚀的液体再循环管线.
- 发电: 冷凝管, 冷却水系统, 核电厂和火电厂的结构支撑.
- 基础设施: 桥梁, 建筑支撑, 以及同时要求强度和耐候性的建筑外墙.
通过更换316L甚至 2205 在这些角色中, 332C13经常降低维护成本并增加使用寿命.
10. 与其他双相钢种的比较
332C13 的性能, 让我们将其与三种广泛使用的双相不锈钢 2205 进行比较, SAF 2304, 和超级双工 2507——跨越多个关键维度:
| 财产 / 年级 | 332C13 (美国S31803) | 2205 (在 1.4462) | SAF 2304 (在 1.4362) | 2507 (在 1.4410) |
|---|---|---|---|---|
| 化学 | 铬 21.5–23.5 4.5–6.5 莫 2.5–3.5 氮 0.14–0.20 |
铬 22–23 4.5–6.5 莫 3.0 氮 0.14–0.20 |
Cr 23 在 4.5 莫—— n 0.10 |
Cr 25 在 7.0 莫 4.0 n 0.30 |
| 木头 | 〜31 | 〜30–32 | 〜25 | ≥40 |
| 产生强度 (MPA) | 450–550 | 〜450 | 〜350 | 〜620 |
| 抗拉强度 (MPA) | 650–800 | 620–680 | 〜600 | 830–900 |
| 伸长 (%) | ≥25 | 25–30 | ≥25 | ≥20 |
| 硬度 (HB) | 250–300 | 280–300 | 230–250 | 300–350 |
| 点抗性 | 出色的 (木头 31) | 出色的 (木头 30) | 好的 (木头 25) | 杰出的 (木材≥40) |
| SCC抗性 | 很高 | 很高 | 高的 | 很高 |
| 最大服务温度. (°C) | 300–350 | 250–300 | 250–300 | 250–300 |
| 可焊性 | 好的, 受控热影响区 | 好的, 受控热影响区 | 非常好 | 缓和, σ相风险 |
| 形成性 | 缓和 | 缓和 | 好的 | 贫穷的 |
| 相对成本 | 中等的 | 中等的 | 低的 | 高的 |
| 可用性 | 库存充足 | 库存充足 | 库存充足 | 不太常见 |
关键要点
- 腐蚀对比. 成本: 332C13 和 2205 以相当的成本提供类似的抗点蚀和 SCC 性能; SAF 2304 降低Mo含量 (和成本) 在 PREN 中进行适度的权衡.
超级双工 2507 达到最高 PREN (≥40) 但价格溢价并带来更大的焊接挑战. - 机械天平: 双相不锈钢332C13和 2205 共享高强度 (YS ≈450 MPa, UTS ≈650–700 MPa), 而 SAF 2304 的强度较低 (~350/600 兆帕), 和 2507 领先 (~620/830 兆帕).
对于需要最大强度的结构, 2507 擅长; 平衡性能和经济性, 332C13或 2205 通常就足够了. - 制造注意事项: SAF 2304 提供最简单的成型性, 使其适用于急弯和深拉.
相比之下, 2507 需要严格的热控制以避免σ相形成, 而332C13和 2205 介于两者之间. - 热的 & 结构稳定性: 所有四个等级均可在高达 ~300 °C 的温度下可靠运行.
面临循环热负荷的设计人员欣赏 332C13 的中间膨胀系数, 最大限度地减少混合金属组件中的热应力.
11. 优点和局限性
优势
- 高力量: 产量 ~2× 316L 可实现更轻, 更强的设计.
- 耐腐蚀性: 木材≥ 30 抗点蚀, 裂缝, 和氯化物环境中的 SCC.
- 热稳定性: 保持属性 350 °C 具有适度的热膨胀.
- 生命周期节省: 维护和更换之间的间隔更长.
限制
- 形成性: 比奥氏体不锈钢需要更大的力和更小的弯曲半径.
- 高韧性损失: 延长曝光时间 >350 °C 会使热影响区脆化.
- 焊接复杂性: 需要控制热输入和潜在的焊后退火.
- 可用性: 库存少于 304/316, 可能会产生交货时间.
12. 结论
双相不锈钢 332C13 提供了令人信服的平衡 机械强度, 耐氯化物腐蚀, 和 可焊性, 使其成为要求苛刻的船舶的首选, 化学, 和结构应用.
通过了解其 化学, 加工, 和 服务限制, 工程师可以放心地指定 332C13, 实现持久的, 即使在恶劣的环境中也能提供具有成本效益的解决方案.
随着行业不断突破性能界限, 像 332C13 这样的双相不锈钢将在提高可靠性和可持续性方面发挥更大的作用.
