双相不锈钢与奥氏体及铁素体比较/双相钢中镍和锰的作用

　　所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量也需要达到30%。

　　由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS(Duplex Stainless Steel，简称DSS)，兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。

　　与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下

　　⑴屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。

　　⑵具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。

　　⑶在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，在一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。

　　⑷具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。

　　⑸比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。

　　⑹不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。

　　与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：

　　⑴应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。

　　⑵其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。

　　⑶存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。

　　与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：

　　⑴综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。

　　⑵除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。

　　⑶冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。

　　⑷焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。

　　⑸应用范围较铁素体不锈钢宽。

　　与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：

　　合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。

　　综上所述，可以概括地看出DSS的使用性能和工艺性能的样貌，它以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。

　　双相钢中镍和锰的作用

　　首先，镍、锰和氮是稳定奥氏体相的元素，而铬和钼是稳定铁素体相的元素。但是，这些元素之间的奇妙相互作用也会产生其它结果，我们将在本期及后续的专题中加以介绍。根据我所了解的瑞典工业背景，我可以告诉大家，其中四种元素是由瑞典化学家在18世纪发现的。唯有铬元素是由法国化学家Vauquelin在西伯利亚红铅矿中发现的（1797年）。

　　镍的发现

　　1751年，Axel Cronstedt在瑞典Loos的钴矿中发现了一种矿物，最初判断它含有铜，因为其外观呈苹果绿色。当时该矿物被认为很有可能是镍华，但其实是一种砷酸盐矿物，如今可以在Loos的博物馆中观赏到。但由于当时未在其中发现铜元素，于是它被称为“红砷镍矿”，德语中也叫“假铜矿”。而Axel Cronstedt怀疑这是一种新的金属元素，之后他在实验中证实了这一猜想，这种新元素随后被命名为镍。

　　在瑞典Loos博物馆展出的一块镍华矿物。苹果绿色的物质是含水镍砷酸盐，由此可以推断Cronstedt在1751年分离出新的元素镍。

　　经过很长一段时间之后，镍被用于工程应用中，而如今镍是一种重要的合金元素，并且是INCO等工业公司的核心元素，该公司于1974年在Loos设立了纪念碑。1774年，在伟大的瑞典化学家Carl Wilhelm Scheele的帮助下，来自瑞典法伦Bergskollegium的化学家Johann Gottlieb Gahn在软锰矿(MnO2)中发现了锰元素。恰巧，锰和镍之间有许多相似之处，例如它们都是奥氏体相的稳定元素。

　　位于瑞士矿村Loos的镍纪念碑，于1971年由国际镍业公司INCO设立，以纪念瑞典化学家Cronstedt在1751年对镍的重大发现。

　　锰是一种奥氏体稳定元素

　　由于锰在这方面的效力大约只有镍的一半，如果要获得同等的效力就需要加入更多的锰。以LDX 2101为例，它含有5%的锰；而且由于锰有助于提高氮的溶解度（LDX 2101中含0.22%氮），从而增强了锰的奥氏体稳定作用。但是，镍不仅能够稳定奥氏体，还具有完全不能被锰取代的其他优点。

　　节约型双相不锈钢

　　在对各种不同的双相钢研究中，来自瑞典研究所KIMAB Wessman等人的研究发现，加入少量的镍可以实现令人满意的抗点状腐蚀性能和韧性。完全不含镍的双相不锈钢比那些含镍的双相不锈钢更容易受到点状腐蚀，而且也容易发生解理断裂。如今，镍的价格略低于10,000美元/吨。换言之，现今生产节约型双相不锈钢的经济效益远低于2007年（当时镍的最高价格曾超过50,000美元/吨）。我们从中可以总结出一个经验，即使镍的价格又开始暴涨，我们仍需要少量的镍来达到足够的抗腐蚀性和适当的机械性能。Cronstedt和Gahn如果知道镍和锰在双相不锈钢中相互作用以及他们的发现给现代冶金带来怎样的积极成果，必定会感到欣慰。