“高性能不銹鋼”屬于不(bu)銹鋼家族，在各種腐蝕性介質中耐腐蝕性能明顯優于標準不銹鋼如304L不銹鋼（含18％鉻和8％鎳，18-8）和316L不銹鋼(gang)（鉻鎳含量與304不銹鋼(gang)類似，另外含2％鉬，18-10-2)。它們在氯化物介質中耐點蝕(shi)和應力腐蝕斷裂(lie)性能方面的優勢十分明顯。通過采用高含量的鉻、鎳、鉬和氮獲得足夠的耐腐蝕性，通過在生產過程中采用非常低的碳含量保持耐蝕性同時兼顧熱加工和焊接性能，達到了上述的特性。鋼鐵熔煉和精煉技術的出現，使較為經濟地生產很低碳含量鋼種和精確控制成分成為可能，由此實現了高性能不銹鋼的商品化。這些技術包括真空熔煉、電子束熔煉、電渣重熔以及當今大量生產最值得注意的真空氧脫(tuo)碳（VOD）和氬氧(yang)脫碳（AOD）技術。自20世紀70年代起，這些高性能不銹鋼在數量、技術和商業上的重要性不斷增加。本系列文章向那些對材料性能有較高要求（超過了標準不銹鋼性能范圍）以及想了解高性能不銹鋼的工程性能和腐蝕性能的人們介紹高性能不銹鋼。
高性(xing)能不銹(xiu)鋼(gang)(gang)主要(yao)有三(san)類(lei)：奧氏體、鐵素體和雙(shuang)相（奧氏體—鐵素體）不銹(xiu)鋼(gang)(gang)。三(san)類(lei)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)有一(yi)(yi)般的(de)(de)共性(xing)，也有各自不同的(de)(de)耐腐蝕性(xing)和其(qi)(qi)它特(te)性(xing)。因此，其(qi)(qi)目前(qian)和潛在的(de)(de)應用非常廣(guang)泛，每一(yi)(yi)類(lei)鋼(gang)(gang)和每一(yi)(yi)種鋼(gang)(gang)都(dou)可以針對某(mou)一(yi)(yi)特(te)定的(de)(de)需(xu)要(yao)，提(ti)供最佳的(de)(de)性(xing)能。
高(gao)鎳奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)一般用(yong)(yong)于(yu)強(qiang)酸設(she)備和耐氯(lv)化(hua)物點(dian)蝕和應力腐蝕斷裂(lie)。帶(dai)有(you)酸冷凝液(ye)的(de)煙氣清洗裝置或含有(you)強(qiang)氧(yang)化(hua)劑的(de)酸性(xing)溶(rong)液(ye)如紙(zhi)張漂白(bai)工藝中常常選(xuan)用(yong)(yong)這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)。當(dang)現場(chang)加工制(zhi)作是重(zhong)(zhong)要考慮因素時，奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)比較有(you)利，因為它(ta)們易于(yu)焊接，這類(lei)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)廣泛用(yong)(yong)于(yu)焊接質(zhi)量(liang)極其重(zhong)(zhong)要的(de)海上(shang)石油和核電(dian)站管(guan)道。如果(guo)需要用(yong)(yong)薄板，則一般鐵素體(ti)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)的(de)成本效益(yi)最好，所以(yi)它(ta)們已(yi)用(yong)(yong)作多種(zhong)(zhong)熱交(jiao)換器(qi)的(de)制(zhi)管(guan)材料。在(zai)要求強(qiang)度的(de)場(chang)合(he)，通(tong)常選(xuan)雙相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，它(ta)們用(yong)(yong)于(yu)化(hua)學加工工業的(de)壓(ya)力容器(qi)，在(zai)熱交(jiao)換器(qi)上(shang)的(de)應用(yong)(yong)也日益(yi)廣泛。所有(you)這三類(lei)高(gao)性(xing)能不銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有(you)寬應用(yong)(yong)范圍的(de)抗氯(lv)化(hua)物點(dian)蝕和應力腐蝕斷裂(lie)性(xing)能都優于(yu)304和316不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，因此制(zhi)造加工方面的(de)考慮常常決定了氯(lv)化(hua)物設(she)施的(de)最終選(xuan)材。
與304和(he)316不銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)比，高(gao)性能不銹(xiu)鋼(gang)在冶金學和(he)加工方(fang)面的技術要(yao)求(qiu)更嚴格。這是由鋼(gang)本身的性質和(he)它們應(ying)用(yong)(yong)的苛刻環境所(suo)決定(ding)的。要(yao)想成(cheng)功地使(shi)用(yong)(yong)高(gao)性能不銹(xiu)鋼(gang)，有必要(yao)透徹(che)地了(le)(le)解它們。本系列(lie)文章為(wei)在特定(ding)的應(ying)用(yong)(yong)中選(xuan)取(qu)最佳的材料提(ti)供了(le)(le)幫(bang)助，為(wei)所(suo)選(xuan)鋼(gang)種(zhong)的加工和(he)應(ying)用(yong)(yong)提(ti)供了(le)(le)指南。由于(yu)應(ying)用(yong)(yong)的錯(cuo)綜復雜和(he)大量鋼(gang)種(zhong)的出現，本系列(lie)文章僅(jin)僅(jin)作為(wei)一個初(chu)步的指南，讀(du)者可以向材料制造商(shang)咨詢，全面了(le)(le)解每種(zhong)材料的優(you)勢、局限性和(he)具體要(yao)求(qiu)。
1. 高性能奧(ao)氏體不銹鋼
高性能奧氏體不銹鋼與標準奧氏體不銹鋼有許多共同的特點。這些鋼種在退火狀態下主要是一個單相、面心立方體的奧氏體結構，沒有磁性。這種結構的特點在于其相對較低的屈服強度，較高的加工硬化率和較高的抗拉強度，良好的塑性和成形性，特別是良好的低溫韌性，熱處理不能使其硬化（或強化）。
與(yu)標準奧氏體不銹鋼(gang)相(xiang)(xiang)比，除了耐腐蝕性(xing)不同(tong)(tong)之外(wai)，另一個(ge)主要的不同(tong)(tong)之處在于高性(xing)能(neng)鋼(gang)種在高溫下迅(xun)速(su)形成(cheng)二次相(xiang)(xiang)，這些(xie)相(xiang)(xiang)可能(neng)對某些(xie)力學性(xing)能(neng)和耐腐蝕性(xing)能(neng)有損害，因此(ci)，這種不銹鋼(gang)的使用溫度不應(ying)超(chao)過(guo)500℃。此(ci)外(wai)，高溫操作(zuo)如(ru)鍛造和焊接時應(ying)注意避免這些(xie)有害相(xiang)(xiang)的形成(cheng)。
表(biao)(biao)(biao)1列出了一些著名的鍛(duan)造高(gao)性能奧氏(shi)體不銹鋼(gang)，各鋼(gang)種(zhong)標(biao)出了其常(chang)用名稱(cheng)、UNS牌號(hao)。許(xu)多鋼(gang)種(zhong)當(dang)初開發后都申請了專利，有些專利目(mu)前仍然有效。表(biao)(biao)(biao)中(zhong)顯示的化(hua)學成(cheng)分(fen)范圍與(yu)最常(chang)用的ASTM標(biao)準A 240一致，表(biao)(biao)(biao)中(zhong)顯示的惟一含量值是生產廠商(shang)提(ti)供的“典型值”。
表1的鋼種按照鉬、鉻和氮含量增加或(huo)PRE值增加的順序排列。
PRE值指的是耐點(dian)蝕(shi)(shi)當量數， 其(qi)定義為PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N，％為重(zhong)量百分(fen)比(bi)。在(zai)氯化物介質中, 較(jiao)高的PRE值不完全定量地表示出較(jiao)高的耐局部(bu)腐蝕(shi)(shi)能力。根據耐局部(bu)腐蝕(shi)(shi)能力的相似程度，這(zhe)些鋼種(zhong)又被分(fen)成6個分(fen)組，對這(zhe)些分(fen)組的描述(shu)如(ru)下：
①. A-1組(zu)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)
這一組的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)主(zhu)要(yao)(yao)用于熱的(de)(de)高(gao)濃(nong)度硫(liu)酸(suan)(suan)溶液介質。所需的(de)(de)耐腐(fu)蝕性主(zhu)要(yao)(yao)通過較(jiao)高(gao)的(de)(de)鎳(nie)含量(liang)獲得。鉻、鉬含量(liang)與(yu)316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)相當的(de)(de)20Cb-3和(he)合(he)金(jin)825在(zai)耐局部點蝕和(he)縫隙(xi)腐(fu)蝕方面并不(bu)比316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)占優勢。隨著(zhu)鎳(nie)含量(liang)的(de)(de)增加，它們(men)耐氯(lv)化物應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕斷裂(lie)的(de)(de)能(neng)力(li)(li)逐漸(jian)增加。它們(men)在(zai)要(yao)(yao)求(qiu)良好的(de)(de)耐硫(liu)酸(suan)(suan)或應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕斷裂(lie)性能(neng)的(de)(de)化工應(ying)用領域表現出(chu)色，這方面的(de)(de)應(ying)用已有很長歷史。
②. A-2組(zu)奧(ao)氏體不銹鋼
與(yu)316L或317L相比，這(zhe)些(xie)鋼種(zhong)如317LMN，在(zai)鹵化物(wu)介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)耐局部腐蝕(shi)性能有所(suo)提高(gao)，通過采(cai)用(yong)(yong)較高(gao)的(de)(de)鉬(mu)含量和氮(dan)(dan)含量實現了這(zhe)一點。氮(dan)(dan)元素在(zai)改善耐腐蝕(shi)性的(de)(de)同時，還(huan)能夠使奧氏(shi)體(ti)穩定化，所(suo)以(yi)可以(yi)減少鎳(nie)的(de)(de)用(yong)(yong)量，達到最(zui)經(jing)濟的(de)(de)的(de)(de)效果(guo)。這(zhe)些(xie)鋼種(zhong)的(de)(de)性能比316L提高(gao)了，而費用(yong)(yong)適中(zhong)，廣泛(fan)用(yong)(yong)于在(zai)中(zhong)等點蝕(shi)性介質(zhi)條件下運行的(de)(de)煙氣(qi)脫硫裝置（FGD）的(de)(de)吸收塔。
③. A-3組(zu)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)
這組不(bu)銹(xiu)鋼如904L，鎳含(han)量在10％以上，具(ju)有全(quan)面的(de)(de)、平衡(heng)的(de)(de)耐還原(yuan)性(xing)酸(suan)和氯化物應力腐蝕斷裂(lie)性(xing)能。銅的(de)(de)添加，進一步增加了(le)它們(men)耐還原(yuan)性(xing)酸(suan)的(de)(de)能力。
④. A-4組(zu)奧氏(shi)體不銹鋼
這(zhe)一組不(bu)(bu)銹(xiu)鋼通常被稱為(wei)6％鉬(mu)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼，包括AL-6XN, 1925 hMo,25-6MO和(he)(he)254 SMO等, 最(zui)初(chu)是為(wei)耐(nai)(nai)室溫下海水(shui)和(he)(he)紙(zhi)漿漂白設備介質(zhi)的(de)局部腐蝕(shi)而(er)設計(ji)的(de)。通過添加相對(dui)較高含量的(de)氮(dan)、鉻(ge)和(he)(he)鉬(mu)，使其(qi)PRE值在(zai)40～43之間而(er)達到以(yi)上(shang)要(yao)求。這(zhe)組鋼鎳含量高，有助于(yu)奧氏體的(de)穩定，因(yin)此也具有良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)一般酸腐蝕(shi)的(de)能力(li)(li)和(he)(he)良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)氯化(hua)物(wu)應力(li)(li)腐蝕(shi)斷裂的(de)性能。該組鋼中含氮(dan)量高的(de)鋼種比不(bu)(bu)含氮(dan)的(de)鋼種具有明(ming)顯的(de)強度優(you)勢。這(zhe)類鋼廣泛用于(yu)海水(shui)管(guan)道和(he)(he)海水(shui)熱交(jiao)換器、紙(zhi)漿漂白設備以(yi)及各類化(hua)工(gong)廠(chang)和(he)(he)電廠(chang)等。
⑤. A-5組奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼
這組鋼的(de)(de)主要特點(dian)是(shi)(shi)高強度，例如4565S。它(ta)是(shi)(shi)通(tong)過含(han)量(liang)(liang)為0.25%～0.50％的(de)(de)氮(dan)的(de)(de)固溶強化作(zuo)用實現的(de)(de)。根據鉻(ge)、鉬和鎳含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)同，它(ta)們的(de)(de)腐蝕特性有很大的(de)(de)不(bu)同。鎳含(han)量(liang)(liang)較低（12%～18％）的(de)(de)鋼種(zhong)，其耐氯(lv)化物應力腐蝕斷裂的(de)(de)性能相當于(yu)A-2組的(de)(de)不(bu)銹鋼。
⑥. A-6組奧氏體不銹鋼
這組不(bu)銹(xiu)鋼，如654 SMO，代表(biao)了(le)目前(qian)所有高性(xing)能(neng)不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)(de)最(zui)高性(xing)能(neng)。它(ta)們將(jiang)高強度(du)和(he)突出的(de)(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)結合在(zai)(zai)一起(qi)，同(tong)時具有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂和(he)耐(nai)(nai)酸腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)。它(ta)們能(neng)夠耐(nai)(nai)45％的(de)(de)沸(fei)騰氯化鎂試(shi)驗(yan)溶液(ye)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂，能(neng)夠在(zai)(zai)溫度(du)大大高于室(shi)溫、存在(zai)(zai)嚴(yan)重縫(feng)隙的(de)(de)條件下(xia)(xia)耐(nai)(nai)海水的(de)(de)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)。它(ta)們耐(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)能(neng)力(li)(li)接(jie)近于鎳(nie)基合金的(de)(de)最(zui)佳(jia)值(zhi)，同(tong)時強度(du)要高得多。這些較新的(de)(de)鋼種對于解決墊片接(jie)縫(feng)、較高溫度(du)下(xia)(xia)的(de)(de)海水處理系(xi)統以及(ji)許多高壓下(xia)(xia)運行的(de)(de)裝置發生的(de)(de)縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)問題，具有突出的(de)(de)潛力(li)(li)。
2. 高(gao)性能(neng)鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼
高性能鐵素體(ti)不銹鋼除了有少量穩定化的碳化物和氮化物外，具有完全的鐵素體顯微結構。這種鐵素體結構的獨特特性在于其很好的耐氯化物應力腐蝕斷裂性能，但是它的韌性有限。大斷面或晶粒效應以及脆性的二次相的析出會進一步降低其韌性。由于韌性有限，這些鋼種通常不生產成中厚板。開發這些鋼種，是為了以低于高鎳奧氏體合金的價格得到優于18－8不銹鋼的耐應力腐蝕斷裂和耐點蝕性能。它們一般只用于熱交換器管形材料或薄板，熱處理不會使它們硬化，但在退火狀態下，它們顯示出高于許多奧氏體不銹鋼的強度。表2按照耐氯化物點蝕性能增加的順序，列出了主要的鍛軋鐵素體鋼種。
①. F-1組鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼
這類不(bu)銹鋼，如E-BRITE 26－1，其耐局部(bu)腐蝕能(neng)力(li)與(yu)316不(bu)銹鋼相似，但耐應(ying)力(li)腐蝕斷裂的能(neng)力(li)大(da)大(da)優于后者。這種良好的應(ying)力(li)腐蝕斷裂性能(neng)使其可用(yong)于熱的濃縮(suo)堿溶液(ye)和含氯(lv)化物的溶液(ye)。
②. F-2組鐵素(su)體不銹鋼
這(zhe)一組不(bu)銹鋼(gang)(gang)，包括SEA-CURE，為耐常溫海(hai)水的(de)(de)(de)局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(shi)而設計，廣(guang)泛(fan)用于電廠的(de)(de)(de)海(hai)水冷卻(que)冷凝器。由于它們鉻(ge)含量高，鉬和(he)鎳含量適中，對(dui)強(qiang)有(you)(you)機酸和(he)氧化性(xing)的(de)(de)(de)或(huo)中等還原性(xing)的(de)(de)(de)無機酸也有(you)(you)很好的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)。但(dan)是這(zhe)些鋼(gang)(gang)種(zhong)中的(de)(de)(de)鎳降低了耐氯(lv)(lv)化物應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)的(de)(de)(de)性(xing)能，增加了對(dui)形成有(you)(you)害(hai)的(de)(de)(de)二(er)次相的(de)(de)(de)敏感(gan)性(xing)。所有(you)(you)的(de)(de)(de)這(zhe)些鐵素體不(bu)銹鋼(gang)(gang)在氯(lv)(lv)化鈉(na)試驗溶(rong)液中，都能夠耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)，但(dan)由于其(qi)鎳含量為0.5%-4.2%，可(ke)能無法耐氯(lv)(lv)化鎂試驗溶(rong)液的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)。
③. F-3組(zu)鐵素體不(bu)銹鋼(gang)
如(ru)同A-6組(zu)的(de)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼，這(zhe)一組(zu)中(zhong)的(de)AL 29-4-2，是為(wei)了(le)達(da)到鐵素體(ti)不(bu)銹鋼綜合性能(neng)的(de)最(zui)高(gao)水平(ping)而設計，它(ta)兼(jian)具良(liang)好(hao)的(de)耐局部(bu)腐(fu)蝕和耐酸腐(fu)蝕性能(neng)。
3. 高性能(neng)雙相不銹鋼
雙相不銹鋼鋼種從冶金學的角度被設計成退火狀態下的顯微結構包含大致相同比例的奧氏體和鐵素體，通過將鎳限制在適度的低含量、增大鉻的含量至22%～26％而達到這一點。鉬含量保持與317L不銹鋼大致相同。所以，PRE值若高于30，主要是因為鉻和氮含量較高引起的。雙相結構表現出兩相各自占優勢的特性。最重要的是，這些鋼種具有非常高的強度和可使用的塑性和韌性。因為它們的鎳含量不是很高，所以它們以適度的價格將強度、耐均勻腐蝕和耐應力腐蝕斷裂性能很好地結合在一起。和奧氏體類不銹鋼類似，熱處理不會使這些雙相鋼種硬化。雙相不銹鋼的加工要注意避免二次相的損害及維持奧氏體相和鐵素體相大致等量的平衡。在這方面，它們比奧氏體不銹鋼要求更嚴格。表3列出了主要的鍛軋高性能雙相不銹鋼。
①. D-1組雙相不(bu)銹(xiu)鋼
此組只有(you)一(yi)個鋼(gang)種(zhong)即2304。盡管2304的(de)耐腐蝕性(xing)能(neng)并不(bu)比(bi)標準的(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)更(geng)好(hao)，但(dan)仍然把它算作高(gao)(gao)性(xing)能(neng)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)，因為(wei)正(zheng)如(ru)所有(you)的(de)第二代雙相不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)一(yi)樣，低碳高(gao)(gao)氮的(de)2304比(bi)早期的(de)雙相鋼(gang)種(zhong)更(geng)好(hao)地兼(jian)顧了(le)加(jia)工性(xing)能(neng)和(he)腐蝕特性(xing)。它易于焊接(jie)，與316L或317L相比(bi)，它強(qiang)度更(geng)高(gao)(gao)，耐應力腐蝕斷裂性(xing)能(neng)更(geng)好(hao)。
②. D-2組雙相不銹鋼
這(zhe)一組的雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼，特別是2205，是雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼中最有用的鋼種，因為(wei)它兼(jian)具(ju)腐蝕(shi)特性、加(jia)(jia)工和(he)價格方面(mian)的優勢。它們在加(jia)(jia)工和(he)耐腐蝕(shi)性方面(mian)具(ju)有多種適應性，耐應力腐蝕(shi)斷裂(lie)性能優于316不(bu)銹(xiu)鋼。
③. D-3組雙(shuang)相不銹(xiu)鋼
這(zhe)些(xie)25Cr的(de)雙相不銹鋼，如Ferralium255，比(bi)D-2附類(lei)的(de)鋼種(zhong)鉻(ge)含(han)量(liang)高(gao)，因(yin)而(er)耐(nai)局(ju)部腐蝕(shi)能(neng)(neng)力(li)更(geng)強。但一般認(ren)為它不能(neng)(neng)耐(nai)受苛刻環境下的(de)海水腐蝕(shi)。鉻(ge)能(neng)(neng)夠(gou)很好地耐(nai)氧化性酸腐蝕(shi)，這(zhe)組鋼需要(yao)(yao)較高(gao)含(han)量(liang)的(de)鎳來平衡較高(gao)含(han)量(liang)的(de)鉻(ge)，這(zhe)樣耐(nai)還原性酸腐蝕(shi)的(de)能(neng)(neng)力(li)也(ye)得到改(gai)善。鉻(ge)含(han)量(liang)高(gao)的(de)缺點是加速了有害相的(de)析(xi)出動力(li)學，因(yin)此，涉及(ji)熱處理的(de)加工需要(yao)(yao)精確地控制溫度(du)條件。在某些(xie)情(qing)況下，快(kuai)速析(xi)出動力(li)學可能(neng)(neng)會限制有效斷面尺寸。
④. D-4組雙相(xiang)不銹鋼(gang)
這一組(zu)的不(bu)銹鋼是雙相(xiang)不(bu)銹鋼中合金(jin)化程(cheng)度(du)最高(gao)的一組(zu)，高(gao)含(han)量的鉻、鉬(mu)、鎳和氮產生的耐腐蝕(shi)(shi)性是所有雙相(xiang)不(bu)銹鋼中最好的，并且強度(du)比(bi)任何(he)高(gao)性能不(bu)銹鋼的強度(du)更(geng)高(gao)。因為這個原因，有時(shi)將這組(zu)鋼稱為超雙相(xiang)不(bu)銹鋼。它們(men)在常溫(wen)海水介(jie)質中耐點蝕(shi)(shi)和縫隙腐蝕(shi)(shi)的能力(li)與(yu)A-4組(zu)的6％鉬(mu)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼相(xiang)似，屈服(fu)強度(du)超過550MPa。但是由于(yu)它們(men)的高(gao)合金(jin)含(han)量，它們(men)在熱加工工藝方面的限制甚至比(bi)D-3組(zu)的鋼種更(geng)嚴格。
