双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径|行业知识 -ag旗舰厅首页

双相不锈钢是钢铁组织复合化的典型代表，它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起。双相不锈钢基于这些优异的性能，使其作为一种重要的结构材料广泛应用在炼油、石化、造纸和化肥等工业领域中，成为管道的弯头、三通及泵叶轮、阀、搅拌器、热交换器等设备的过流部件优选材料。但由于服役工况复杂恶劣，双相不锈钢铸件易产生严重的冲刷腐蚀和汽蚀现象，使用寿命大大降低。国内外对双相不锈钢在不同介质条件下的磨损行为已有很多研究，其中强化双相不锈钢的耐磨损腐蚀性能成为研究的重点。
金属材料的磨损腐蚀是涉及材料学、腐蚀电化学、流体力学和传递过程等多学科交叉的一个研究领域，腐蚀过程十分复杂，影响因素多，从机理上看磨损腐蚀是在流动条件下机械和电化学共同作用于材料的结果。
双相不锈钢优秀的耐磨损腐蚀性能是其优异的耐腐蚀性、较高的力学性能，特别是形变强化能力的综合体现。双相不锈钢中低ni的γ相由于磨损变形而使位错增殖，氮、碳化合物顶扎位错形成高密度位错网络的胞状结构，使磨损面硬度大幅度提高，从而提高了双相不锈钢的耐腐蚀磨损性能。双相不锈钢良好的力学性能也是它具有优秀的抗磨损腐蚀性能的重要原因。它强度较高，晶格在相同应力下难以产生较大的滑移，因此，表面膜不易破裂。同时，第二相的存在阻碍了裂纹的扩展，提高了抗磨损腐蚀性能。在受到液流或固体颗粒冲击时，塑性较好的奥氏体还会发生马氏体相变，吸收了部分能量，减少钝化膜的破坏，减缓了磨损腐蚀的发生。
在恶劣的工况下，双相不锈钢很容易产生严重的腐蚀现象，因而，在保证耐腐蚀性能的前提下，应从材料成分设计、材料制造工艺、材料耐冲刷腐蚀性能方面进行进一步优化和开发，提高双相不锈钢的耐磨性能，延长双相不锈钢逐铸件的使用寿命。
目前发展耐磨损腐蚀性能的双相不锈钢可采用的途径有形变强化、第二相强化、恰当的热处理制度及微量元素合金化等。
（1）形变强化。双相不锈钢比单相不锈钢具有更好的耐磨蚀性能，这源于合金中低ni的γ相的形变强化能力。众所周知，奥氏体钢易发生形变强化和形变诱发相变，从而增加材料的硬度并提高其耐磨性。由于形变强化对材料的耐腐蚀性不产生明显影响，故可以利用它来改善腐蚀环境中不锈钢的耐磨蚀性能。
（2）第二相强化。依靠合金中硬度高的第二相如碳化物、氮化物及金属间化合物相在磨损过程中承受载荷，防止粘着、阻挡梨削的作用，以及阻碍位错运动，有利于提高耐磨性，这也是提高双相不锈钢耐磨性的常用方法。对耐蚀性影响不大而有助于改善耐磨性的手段，用来发展耐磨蚀合金的思路是可行的，但使用时必须结合工况，并注意其可能给材料工艺及综合性能带来的影响。
（3）热处理。热处理是改善合金性能最常用的工艺方法，因此根据双相不锈钢及其服役环境，采用适当的热处理工艺，在提高合金耐磨损腐蚀措施中，也是可以应用的。热处理对磨损腐蚀行为的影响可用双相不锈钢组织随固溶温度变化来说明，因为随固溶温度的不同，不仅相比例发生变化，而且还涉及到其他相，如碳、氮化合物等的析出、溶解以及合金元素的重新分配等问题，这些都会影响双相不锈钢的力学性能。
（4）微量元素合金化。双相不锈钢中加入某些微量元素以提高其综合性能，对强化材料耐磨损腐蚀性能也是一种有效的手段。这些微量元素有的通过固溶，有的形成弥散强化相，有的净化基体组织而对合金起强化作用，但均不明显降低耐蚀性。既可以提高合金强度又能保持塑性，所以微量元素合金化也是强化双相不锈钢耐磨损腐蚀性能的良好途径。