00Cr18Ni5Mo3Si2，00Cr18Ni5Mo3Si2Nb

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第734页（5032字）

早在20世纪60年代初期，瑞典即开发了耐应力腐蚀的3RE60双相不锈钢，由Sandvik厂生产，用于纸浆和造纸工业。20世纪70年代初，中国在3RE60钢的基础上，加入了0．06%～0．10%N，调整了焊接HAZ的两相比例，进一步改进了钢的耐SCC性能，使00Cr18Ni5Mo3Si2钢在国内得到了大量的推广应用；与此同时还开发了耐高温高压水(含微量氯离子和溶氧)的00Cr18Ni5Mo3Si2Nb双相不锈钢。

这种Cr18型的双相不锈钢是目前合金元素含量最低，可焊性良好的耐应力腐蚀钢种，它在氯化物介质中的耐点蚀性能同317L相当，耐中性氯化物应力腐蚀性能显着优于普通18－8型奥氏体不锈钢，用于承受较低应力(≤σ_0．2)和较低浓度氯化物条件下的设备和部件，尤其耐以点蚀为起源的应力腐蚀效果显着，他有较好的强度－韧性综合性能，冷热加工工艺性能及焊接性能，适用作结构材料。

(1)化学成分和显微组织

两种双相不锈钢和3RE60钢的化学成分见表4－15，为控制两相的平衡，成分范围控制极为严格。00Cr18Ni5Mo3Si2Nb钢是在3RE60钢的基础上提高了镍量，还加入了氮和铌，目的是提高奥氏体相的稳定性，即使在1300℃左右的高温，仍能保持有稳定的双相结构，而且具有良好的耐晶间腐蚀和耐晶间型SCC的性能。

表4－15 Cr18型的几种双相不锈钢的化学成分，%

注：①根据ASTM A669的成分。

双相不锈钢的正常热处理温度是980～1050℃，随温度的升高，铁素体量增多，至1300～1350℃时，呈单一的铁素体组织，晶粒也会随之长大。焊接时，近缝区在短时间即完全呈单一铁素体，如果化学成分平衡的较好，冷却时在晶界会再形成板条状，类似魏氏组织的奥氏体，这样，可以得到与基体金属相似的性能。

双相不锈钢在300～950℃范围加热后，有σ、x等金属间相，以及α(475℃脆性)相的析出，这些相的析出会使钢的冲击韧性和耐腐蚀性下降。

(2)力学性能

双相不锈钢兼有铁素体和奥氏体不锈钢力学性能的特征，既有较高的强度(约为1Cr18Ni9Ti钢的2倍)，又有良好的韧性。然而以铁素体为基的双相不锈钢也具有铁素体不锈钢所固有的各种脆化倾向，但比铁素体不锈钢小。表4－16，4－17分别列出Cr18型双相不锈钢的室温和高温力学性能。

表4－16 Cr18型双相不锈钢的室温力学性能

表4－17 Cr18型双相不锈钢的高温力学性能

00Cr18Ni5Mo3Si2钢的脆性温度区间见图4－10，脆性转变温度曲线(DBTT)见图4－11。以上两图是U型缺口的冲击试样的试验结果。

图4－10 00Cr18Ni5Mo3Si2钢的脆性温度区间(γ=40%)

(曲线之左A_K＞80J，曲线之右A_K＜80J)

图4－11 00Cr18Ni5Mo3Si2钢的脆性转变温度曲线

(3)耐蚀性

a．点蚀 双相不锈钢与奥氏体不锈钢的耐点蚀当量值的对比见表4－18，在含氯环境中双相不锈钢的耐点蚀性能优于304和316L。

表4－18 几种钢的耐点蚀当量值的对比

在不同介质中，双相不锈钢的点蚀电位列于表4－19，在FeCl₃溶液中的腐蚀速率列于表4－20，在3%NaC_l溶液中的点蚀电位同溶液温度的关系如图4－12所示。

表4－19 Cr18型双相不锈钢的点蚀电位，mV

表4－20 Cr18型双相不锈钢在FeCI₃溶液中的点蚀率，g／m²·h

图4－12 3RE60钢的点蚀电位与溶液温度的关系(3%NaCl溶液)

1－2205；2－3RE60；3－317L；4－316；5－304

在不同电位下，3RE60钢的临界点蚀温度(CPT)与氯离子含量的关系见图4－13，一般使用的含微量氯离子的水，其腐蚀电位约在+100～+200mV。

图4－13 不同电位下3RE60钢的CPT与Cl^－含量的关系

1－200mV；2－300mV；3－400mV

b．应力腐蚀 3RE60钢是一个耐应力腐蚀钢种。在MgCl₂，CaCl₂，NaCl溶液中的应力腐蚀破裂试验分别见图4－14、4－15、表4－21，以及在含微量氯离子和氧的高温水中的试验(表4－22)都证明：Cr18型双相不锈钢具有比304或316等奥氏体不锈钢更佳的耐应力腐蚀性能。需要指出的是：这种类型的双相不锈钢在高浓MgCl₂溶液中却有较高的应力腐蚀破裂敏感性，尽管如此，仍然比18－8型不锈钢的耐应力腐蚀性能力更佳。

图4－14 在45%MgCl₂，pH1～2，沸腾通气溶液中恒载荷的应力腐蚀试验结果

1－2205；2－3RE60；3－316／316L

图4－15 在40%CaCl₂，pH6．5，100℃通气溶液中恒载荷的应力腐蚀试验结果

1－2205；2－3RE60；3－316；4－304

表4－21 在不同试验介质中00Cr18Ni5Mo3Si2钢与其他对比钢种的初始产生SCC的时间，h

表4－22 几种钢在高温水中的应力腐蚀试验结果

根据高压釜中的试验结果，得出3RE60钢在含有100ppmCl^－的高温水中的开始应力腐蚀破裂的临界温度(Tcrit)如下：

3RE60 150℃＜Tcrit＜200℃

304 80℃＜Tcrit＜200℃

根据实验室和实际使用经验表明：当溶液中［C1^－］×［O］＜40ppm²时，温度高于175℃未发生应力腐蚀断裂。

根据3RE60钢在炼油、石油化工等工业的多年应用实践，Bernhardsson等将试验室的SCC应力腐蚀破裂试验结果(含8ppm［O］，室温pH6的不同氯离子的水，1000h)与工业上的使用结果综合绘制了一张3RE60钢产生应力腐蚀破裂的介质温度和氯离子浓度的关系图，见图4－16。

图4－16 3RE60钢产生SCC的介质温度和氯离子浓度的关系

试验室试验，通气溶液：●产生SCC 〇无SCC

实际使用经验，Cl_－+S／H₂S：■产生SCC □无SCC

实际使用经验，Cl_－ ▲产生SCC △无SCC

c．晶间腐蚀 00Cr18Ni5Mo3Si2钢耐晶间腐蚀性能优良。但是，高温敏化加热或焊接时，一旦出现单相铁素体组织，仍呈现晶间腐蚀敏感性。00Cr18Ni5Mo3Si2钢的TTS曲线见图4－17，焊接热模拟温度对其晶间腐蚀敏感性的影响见图4－18。

图4－17 00Cr18Ni5Mo3Si2钢的温度－时间－晶间腐蚀敏感性曲线(TTS曲线)

(CuSO4+H₂SO4+Cu屑法)

图4－18 不同固溶处理温度时，3RE60钢的焊接热模拟温度对晶间腐蚀敏感性的影响

(CuSO4+H₂SO4+Cu屑法)

含Nb的00Cr18Ni5Mo3Si2Nb钢高温加热时，钢无晶间腐蚀倾向。但是，在700℃敏化处理，用65%HNO₃法或Fe₂(SO₄)₃+H₂SO₄法检验时，却有因σ相析出而引起的晶间腐蚀倾向。

d．均匀腐蚀 除在HNO₃等氧化酸介质外，在其他许多酸介质中，尤其是有机酸，Cr18型双相不锈钢的耐均匀腐蚀性能均优于304钢，与含2%～3%Mo的316L钢相当。图4－19、图4－20为3RE60钢在H₂SO₄和H₃PO₄中的等腐蚀图。

图4－19 3RE60钢在H₂SO₄中的等腐蚀图

(曲线表示腐蚀速率为0．1mm／a)

1－3RE60；2－316L；B－沸点

图4－20 3RE60钢在H₃PO₄中的等腐蚀图

(曲线表示腐蚀速率为0．1mm／a)

1－3RE60；2－316L；B－沸点

(4)物理性能

见表4－84至表4－88。

(5)焊接性能

Cr18型双相不锈钢的焊接性良好，热裂纹倾向低，脆化倾向小。薄板和冷拉管适宜采用GTAW(TIG)法焊接，填丝是必要的。中板可用SMAW等法焊接。单面焊时，根部焊道建议采用TIG法焊接，一般不需要焊前预热和焊后热处理。为防止焊缝和焊接热影响区(HAZ)出现单相铁素体组织，焊接时注意控制线能量和层间温度。

选用的焊接材料见表4－23。

表4－23 Cr18型双相不锈钢用焊接材料

注：①用于异种的焊接。

(6)冷、热加工性能

00Cr18Ni5Mo3Si2钢的冷加工及冷成型性能较奥氏体不锈钢为差，钢的各向异性显着，冷加工硬化大，尤其在变形初期。一般冷变形，如胀管后不需要热处理，然而，在有应力腐蚀危险性的条件下，当变形量超过约20%时，就需进行固溶退火热处理，加热温度一般为950～1050℃。

00Cr18Ni5Mo3Si2钢的热塑性较好，热加工温度范围较宽，900～1200℃均能变形，2．3t的大钢锭可以不经过锻造，直接在800轧机上进行开胚。

(7)用途

无论Sandvik厂的3RE60钢，还是国内的00Cr18Ni5Mo3Si2钢都得到了广泛的应用，主要用在纸浆和造纸，炼油，化肥，化工和石油化工等工业领域，大多数用制热交换器，冷凝冷却器等，许多情况是代替304和316钢，在它们发生应力腐蚀破裂的环境下使用；也有利用双相不锈钢的高腐蚀疲劳强度，如用制造纸压力滚筒机，甲铵泵泵体等，也有利用它与碳钢相近的线膨胀系数，制造合成甲醇厂的管式反应器等。