富鎳奧氏體不銹鋼是什么不銹鋼?有哪些特點?
奧氏體不銹鋼的“阿喀琉斯之踵”是易發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋（SCC）。但當(dāng)鎳含量超過20% 時，抗應(yīng)力腐蝕性能有很大提高（圖1）。富鎳奧氏體不銹鋼（NiASS)，可以認為是單獨的一類不銹鋼。事實上，鎳含量超過30% 時，抗應(yīng)力腐蝕性能與雙相和鐵素體不銹鋼相當(dāng)。
圖1 Copson 曲線顯示了在含16%~21%鉻的鐵- 鎳- 鉻合金中，鎳對應(yīng)力腐蝕閾值應(yīng)力強度的影響（105℃，22% NaCl 水溶液）。X 和Y 是德國高溫合金，444 是一種超純鐵素體不銹鋼。此圖根據(jù)Speidel(1981) 重新繪制。
鎳是一種昂貴的合金元素，僅在對性能必需時才使用。然而，在某些應(yīng)用中，當(dāng)同時需要抗應(yīng)力腐蝕性能與奧氏體結(jié)構(gòu)時，鎳是必不可少的。例如，在高溫環(huán)境中抗蠕變性極為重要，此時就需要奧氏體不銹鋼。與傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼一樣，因為其堆垛層錯能較低（見圖2），孿晶界是富鎳奧氏體不銹鋼的顯著特征。表1 中列出了幾種有限的富鎳奧氏體不銹鋼牌號。超級奧氏體不銹鋼254SMO 和654SMO 專為石油和天然氣行業(yè)而設(shè)計。典型的應(yīng)用是海水冷卻、紙漿漂白和液壓及儀表管路等設(shè)備。
表1 富鎳奧氏體不銹鋼合金品種
圖2 光學(xué)顯微鏡下Sanicro 28 奧氏體不銹鋼的顯微組織，其具有大量的孿晶界
Sanicro 25，一種22Cr-25Ni 合金，被設(shè)計用于700℃及以上的鍋爐。由于其具有良好的蠕變斷裂強度和耐高溫腐蝕性能，是一種適用于超級加熱器和再加熱器的材料。實際上，Sanicro 25在600~750℃范圍內(nèi)，其蠕變斷裂強度優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼。在極具腐蝕性的酸性環(huán)境中，Sanicro 28 通常是最好的選擇。它被應(yīng)用于高強度鉆井開采用管道、套管及酸性氣體井的內(nèi)襯層，其它應(yīng)用包括加熱器、泵系統(tǒng)，以及濕法磷酸廠和超級磷酸廠的泵和容器。
多用途合金800 常用于550~1100℃環(huán)境下，這類環(huán)境要求材料具有優(yōu)異的抗蠕變性能、良好的耐高溫腐蝕性能以及高溫強度。這類合金還應(yīng)用于生產(chǎn)氨、甲醇和民用煤氣的進出口部分，并且對于氯乙烯和乙烯生產(chǎn)中所使用的爐管，合金800 也是很好的選擇。其它應(yīng)用還包括流化燃燒床的熱交換管、輻射管和熱處理爐的部件，如消音管和熱電偶的保護套管等。25Cr-35Ni 合金353MA 被設(shè)計用于滲碳和氮吸收存在潛在問題的環(huán)境中，適用于對合成氣體進行處理的裂解爐和重整管。盡管還有其它含有更多鉻的替代材料，但353MA 是最優(yōu)的。原因之一是其含有Ce 元素，有助于形成非常穩(wěn)定的表面氧化層。
圖3 準備發(fā)運及安裝的合金690 U形管，用于核電站蒸汽發(fā)生器
有意思的是，我們注意到富鎳奧氏體不銹鋼 254SMO 也被用于藝術(shù)品制造。由Carl Milles 設(shè)計的“上帝，眾生之父，在彩虹之上”雕塑，1995 年落成于斯德哥爾摩納克? 斯特蘭德的南海岸（圖4）。該雕塑約23m 高，這里每天有大量的海員路過，是一座著名的景點。周圍的海水含鹽，氯化物很容易引起外表腐蝕，若使用低合金鋼制造彩虹，幾乎瞬間就會生銹。由Avesta Sheffi eld AB 提供的高強度超級奧氏體不銹鋼254SMO 非常適合這種環(huán)境。
圖4 斯德哥爾摩群島納克? 斯特蘭德的“上帝，眾生之父，在彩虹之上”，由瑞典雕塑家Carl Milles 設(shè)計。這個拱形的和平紀念碑，是使用奧氏體不銹鋼254SMO 的一個很好的例子
（作者 Jan-Olof Nlsson，譯者 張劍橋，刊登于"不銹" 雜志第82期）
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