雙相不鏽鋼的化學成分和合金元素的作用及元素分析解決方案

 一般認為，雙相不鏽鋼（gāng）的（de）相平衡比（bǐ）例為30％～70%的鐵素體比奧氏體時（shí），可以獲（huò）得良好的性（xìng）能。但雙相不（bú）鏽鋼常常被認為是鐵素（sù）體和（hé）奧（ào）氏體大致各占一（yī）半，在目前（qián）的商品化生產中（zhōng），為了獲得佳的韌性和加工特性，傾向於奧氏體的比例稍大一些。主要的合（hé）金元（yuán）素尤其是鉻、鉬、氮和鎳（niè）之間（jiān）的相互作用是非常複雜的。為了（le）獲得穩定的有利於加工和製（zhì）造的雙相組織，必須注意使每種元素有適（shì）當的含量。

除了相（xiàng）平衡以外（wài），有關雙相不鏽鋼及其化學組成的第二個主要問題是溫度升高時有害金屬間（jiān）相的形成。σ相和χ相在高鉻、高鉬不鏽（xiù）鋼中形成，並優（yōu）先（xiān）在鐵素體相內析出，氮的（de）添加大大（dà）延遲了這些相的形成。因此在固溶體中保持足夠量的氮非常重要。隨著雙相不鏽鋼製造經驗的增加，控（kòng）製窄的成分範（fàn）圍的重要性變得越來越明顯。2205雙（shuāng）相鋼（UNS S31803）初設定的成分範圍過寬，經驗表明，為了得到佳的耐腐蝕性能及避免金屬間相（xiàng）的形成，S31803的鉻、鉬（mù）和氮含量應保（bǎo）持在含量範圍（wéi）的中上限，由此引出了成（chéng）分範圍較窄（zhǎi）的改進型2205雙相鋼UNS S32205。S32205的成分就是（shì）今天商品化的2205雙相不鏽（xiù）鋼的典型成分。在本文中，除非另有說明，通常2205指的（de）就是（shì）S32205。

以下簡單介紹幾（jǐ）個重要的合金元素對雙相不鏽鋼的力學性能、物理（lǐ）性能和腐蝕特性（xìng）的影響。

鋼中鉻含量必須不低於10.5％才能形成穩定的含鉻鈍化膜保（bǎo）護鋼不受大氣腐蝕。不鏽鋼的耐蝕性隨鉻含量的增加而增加。鉻是鐵素體形成元素，鋼中加鉻可促使體心立方結構的鐵素（sù）體形成。鋼中鉻含量（liàng）較（jiào）高時，需要加入更多的鎳才能形成（chéng）奧氏體或雙相（鐵素體－奧氏體）組織，較高的鉻量也能促進金屬間（jiān）相的形（xíng）成。奧氏體不鏽鋼鉻含量至（zhì）少為16％，雙相不鏽鋼鉻含（hán）量（liàng）至少為20％。鉻還能增加鋼在高溫下的抗（kàng）氧化能力。鉻的這一作用很（hěn）重要（yào），它影（yǐng）響熱處理或焊接後氧（yǎng）化（huà）皮或回火色的形（xíng）成（chéng）和去除。雙（shuāng）相不鏽（xiù）鋼的酸洗和（hé）去除回火色要比奧氏體不鏽（xiù）鋼困難。

鉬與鉻的協同作用（yòng）能提高不鏽鋼的耐點蝕的能力。當不鏽鋼中鉻含量至少為18％時，鉬在含氯化物的環（huán）境中耐（nài）點蝕和縫隙腐蝕的能力是鉻的三（sān）倍。鉬是鐵素體形成元素，同時也增大了不鏽鋼形成金屬間相（xiàng）的傾向。因此，奧氏體不鏽鋼的鉬含（hán）量通（tōng）常小於約7.5％，雙相不鏽鋼的鉬含量小於4％。

氮提高奧氏體和（hé）雙相不鏽鋼的耐點蝕和縫（féng）隙腐蝕（shí）的能力（lì），它（tā）還（hái）能顯著地提高鋼的強度（dù）。事實上它是（shì）有效的固溶強化元素和低成本合金元素。含氮雙相不鏽鋼韌性的（de）改（gǎi）善得益於其較高的奧氏體含量和（hé）金屬（shǔ）間（jiān）相含量的降低。氮並沒有阻（zǔ）止金屬間相的析出，但可推遲金屬間相的形成，使（shǐ）得有足夠的時間進行雙相不鏽鋼的加工和製造。氮被添加到鉻和鉬含量高的高耐蝕性（xìng）奧氏體和雙相不鏽鋼中，以抵（dǐ）消它們形成σ相的傾向。

氮是強奧（ào）氏體（tǐ）形成元素，在奧氏體不鏽（xiù）鋼中能代替部分鎳。氮可降低層錯（cuò）能並提高奧氏體的加工硬化率。

它還通過固溶強化提高了奧氏體的強度。雙相（xiàng）不鏽鋼一般都添加氮並調整鎳含量以便獲（huò）得適當的相平衡（héng）。鐵素體形成元素鉻和鉬與奧氏體形成元素鎳和（hé）氮相平衡才能獲得雙（shuāng）相（xiàng）組織。

鎳是穩（wěn）定奧氏體的元素，鎳促使不鏽鋼的晶體結構從體心立方結構（鐵素體）轉（zhuǎn）化為（wéi）麵（miàn）心立方結構（奧氏體）。鐵素體不鏽鋼含極少的鎳（niè）或不含鎳，雙相不鏽鋼含鎳量為低至中等，如1.5%～7％，300係奧氏體不鏽鋼至少含有6％的鎳（見圖1、2）。添加鎳延緩了奧氏體不鏽鋼中有害金屬間相的形成，但是在雙相不鏽鋼中鎳的延緩作用遠不（bú）如氮有效。麵心立方結構使得（dé）奧氏體不鏽（xiù）鋼具有極佳的韌性。雙相不鏽鋼中有（yǒu）近一半是奧氏體組織，因此雙相鋼的韌性（xìng）比鐵素體（tǐ）不鏽鋼顯（xiǎn）著提高（gāo）。

對於化學成分（fèn）分析所用的儀器解決方案：可以直讀光（guāng）譜儀進行元素（sù）的（de）分析！