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双相 (奥氏体-铁素体)不锈钢的牌号及应用

发布时间：2023-12-21

众所周知，紧固件产品包括成千上万种规格，在保证安全或考虑温度的影响，恶劣的环境或其它危险的地方，常常对紧固件用钢材的安全、耐用性和表面质量提出较高的要求，这就是钢材必须满足耐应力腐蚀或耐热、耐高强度的条件。因此，不锈钢和耐热钢已大量在紧固件制造上应用。

GB/T 3098.6-2023《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T 3098.15-2023《紧固件机械性能不锈钢螺母》推荐性国家标准，经国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会2023年5月23日发布，2023年12月1日实施。

新标准分别修改采用ISO 3506-1:2020《紧固件耐腐蚀不锈钢紧固件机械性能第1部分：规定组别和性能等级的螺栓、螺钉和螺柱》（英文版），代替 GB/T3098.6-2014；和修改采用ISO 3506-2:2020《紧固件耐腐蚀不锈钢紧固件机械性能第2部分：规定组别和性能等级的螺母》（英文版），代替 GB/T3098.15-2014。

新标准分别是GB/T3098《紧固件机械性能》的第6部分和第15部分，该标准针对不同类别不锈钢紧固件机械性能分别进行了规定，为紧固件设计、制造、验收检查和使用提供了依据。

当今工业生产过程中，高压容器是必不可少的设备之一。然而，由于高温、高强和高浓度等因素的影响，金属材料容易发生腐蚀现象，从而导致容器失效甚至爆炸事故。因此，对压力容器中的不锈钢和耐热钢材料进行深入的研究是非常必要的。

目前，全球各国都开展了相关研究工作，其中，美国的研究重点在于分析不同种类的压力容器中的腐蚀机理及其影响因素；德国的研究则着重于探索新型的耐腐蚀材料以及其应用方法；而英国则更注重于提高压力容器的安全性能及寿命；而国内也已经取得了一定的研究成果。随着材料和制造工艺的进步，修订后的GB/T3098.6-2023和GB/T3098.15-2023 引入双相不锈钢材料和更高强度等级的性能要求，满足了腐蚀条件下高强度设计要求。

双相 (奥氏体-铁素体)不锈钢（duplex 「austenitic- ferritic」stain less steels），基体兼有奥氏体和铁素体两相组织(其中较少相的含量至少大于25%) ，可磁化，一般通过冷加工使其强化的不锈钢。双相不锈钢性能上不仅保留了奥氏体不锈钢优良的韧性和焊接性能，同时，具有铁素体不锈钢的高强度等优点。

双相不锈钢牌号

双相(奥氏体-铁素体)不锈钢的主要成分为 Fe、Cr、Ni、Mo等元素，双相不锈钢铸造牌号执行 ASTM A890 /A890M 标准。在 ASTM A890/A890M-18a 标准中，根据化学成分的差别，铸造双相不锈钢有1B、1C、2A、3A、4A、5A、6A 和 7A 等 8 个等级。我国双相不锈钢铸件标准 GB/T 2100-2017中也有与ASTM A890/890M标准相对应的材料牌号。

美国锻造双相不锈钢主要执行标准为 ASTMA182 /A182M-20，其中有F50、F51、F52、F53、F54、F55、F57、F59 F60、F61、F65、F66、F67、F68、F69和 F71等16个牌号。我国不锈钢锻件标准NB/T47010-2017《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》中规定了六种锻造双相不锈钢牌号。由于使用习惯且美标牌号更丰富，目前，国内阀门紧固件产品仍主要采用美国双相不锈钢牌号标准，其中，常用牌号主要为 ASTM A182 标准的 F51/F53/F55/F61，ASTM A890 标准的1B/4A/5A/6A。双相不锈钢的耐点蚀能力和点蚀敏感系数（PREN=Cr%+3.3%Mo+16%N）相关，而 PREN值跟材料的成分相关，材料牌号不同，成分不同，耐点蚀能力也有差异。

在GB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》国标的基础上，为了适应市场需求标准进行了修订，明年将发布的GB/T20878-2024新增加了不锈钢牌号及化学成分85个，其中，双相(奥氏体-铁素体) 不锈钢牌号共20个，新增 9个，见表1，扩大了紧固件市场的应用范围。

双相不锈钢性能及应用

不锈钢的成分和组织对应力腐蚀开裂敏感性（SCC）起着关键性作用。奥氏体不锈钢在氯化物溶液中容易发生 SCC，而铁素体具有更好的抗SCC 性能。铁素体晶粒越小，抗SCC性能越好，所以双相不锈钢具有较高的抗氯化物SCC性能，其应力腐蚀开裂的门槛值约为奥氏体不锈钢的3倍。在 Cr-Ni系不锈钢中，固溶组织中铁素体相和奥氏体相的比例常使用“铬当量”和“镍当量”来计算和评价。

双相不锈钢解决了304L、316L等奥氏体不锈钢在Cl-应力腐蚀下产生SCC的危险，尤其是在孔蚀引起的应力腐蚀破裂场合。所以在Cl-应力腐蚀的诸多场合，双相不锈钢得到广泛应用，例如，炼油工业的催化裂化和加氢裂化装置、石化行业的聚氯乙烯装置和氯乙烯生产装置、煤化工的污水处理装置紧固件等。

热处理工艺事项

双相不锈钢组织中σ相硬且脆，其析出量直接影响双相钢的耐腐蚀性能。为了避免造成韧性和耐腐蚀性能下降，双相不锈钢固溶热处理后需要快冷以缩短σ相析出过程。双相钢在316～540℃范围内长时间停留就会析出σ相，国家和石化行业标准均对双相钢材料的使用温度做出了相关规定，双相不锈钢的连续使用温度上限要低于奥氏体不锈钢。SH/T3059—2012《石油化工管道设计器材选用规范》第6.2节规定：双相不锈钢的使用温度不宜高于300℃。GB/T20801.2-2020《压力管道规范工业管道》附录C3.2和附录C6.9分别提出设计选材时应注意双相钢 475℃脆性和σ相脆化的问题，所以在进行紧固件选材时，不应将双相钢应用在高温场合。

另外，双相不锈钢紧固件一般采用 950℃固溶退火处理消除应力，因为在950℃以下，马氏体组织会逐渐析出脆性相，这与奥氏体不锈钢通常在600～800℃条件下进行热处理来消除应力有所不同。

双相不锈钢是一种非常优秀的耐腐蚀材料，因为它具有高强度和优异的机械性能。但由于它的价格相对较高，所以，在实际应用中通常只用于特殊场合。如果需要长时间储存或运输含有酸性或碱性溶液，则可以选择不锈钢紧固件作为主要材料的压力容器。在选择压力容器中的不锈钢紧固件材料时，需要考虑其适用范围、成本效益以及与其他材料之间的相互作用等问题。只有综合考虑各种因素后才能做出最优的选择。

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