不銹鋼

不銹鋼（Stainless Steel）系指Cr含量不小于10.5%(mass)的耐空氣、水汽、酸、堿、鹽等介質腐蝕的鋼。工程上，常將耐弱腐蝕介質腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將耐強介質腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。按成分可分為Cr系（400系列）、Cr-Ni系（300系列）、Cr-Mn-Ni（200系列）、耐熱鉻合金鋼（500系列）及析出硬化系（600系列）。包括GB/T 20878[1]不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分中的各種Cr含量不小于10.5%(mass)、C含量不大于1.2%(mass)的奧氏體型不銹鋼、奧氏體-鐵素體（雙相）不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼、沉淀硬化性不銹鋼和耐熱鋼。不銹鋼的鉻含量最高為26％，更高的鉻含量已無必要。

01 鐵素體不銹鋼（鉻鋼，如400系等）

在使用狀態下以鐵素體組織為主的不銹鋼，Cr質量分數11%～30%，具有體心立方晶體結構。與奧氏體不銹鋼相比，這類鋼一般不含Ni，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，爐外精煉技術（AOD,Argon Oxygen Decarburization）、VOD（Vacuum Oxygen Decarburization）的應用可使C、N等間隙元素大大降低，具有節Ni、價格低、抗應力腐蝕性能好等優點，并且具有很好的抗氧化性能，多用于抗大氣、水蒸汽、水汽及氧化性酸腐蝕的環境，在室溫的稀硝酸以及弱有機酸中有一定的耐蝕性，因此使這類鋼獲得廣泛應用。但不耐還原性酸等介質的腐蝕，一般的鐵素體不銹鋼有沖擊韌性差、焊后的塑性和耐蝕性差、對晶間腐蝕敏感、耐點蝕性能差等缺點，限制了它的使用。

02 奧氏體不銹鋼（鉻鎳鋼，如300系、200系不銹鋼）

奧氏體不銹鋼因具有無磁性，在很寬的溫度范圍內都有很高的強韌性、延展性，容易軋制和壓制等冷加工，能耐氧化型介質的腐蝕，廣泛的應用于壓力容器的各種承壓元件。由于奧氏體不銹鋼具有面心立方結構，不發生相變，易于焊接，奧氏體不銹鋼一般沒有冷脆轉變溫度，因此常作低溫用鋼。

18-8系列固溶態不銹鋼在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質中耐腐蝕性較好，低碳或含穩定化元素Ti或Nb的抗晶間腐蝕較好，含Mo的抗點蝕性能較好。含Mo、Cu 等元素的還能耐稀硫酸、磷酸等非氧化性酸和甲酸、醋酸等有機酸的腐蝕。但抗點蝕較差，并且在鹵化物溶液中易發生應力腐蝕開裂。在500℃-600℃以上溫度長期使用會發生蠕變和敏化。

03 鉻鎳鉬鋼（奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼）

雙相不銹鋼是在其固淬組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半，一般最少相的含量也需要達到30%。已成為既節省重量又節省投資的優良的耐蝕工程材料。

目前應用壓力容器承壓元件的主要牌號有S22053（022Cr23Ni5Mo3N）、S25073(022Cr25Ni7Mo4N)等。

雙相不銹鋼具有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點，與奧氏體不銹鋼相比，強度高且抗晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕性能明顯提高；與鐵素體不銹鋼比，塑性和韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，具有優良的耐點蝕等局部腐蝕性能，耐海水、有機酸等介質的腐蝕性能優良。

與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的特點如下：

① 屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高1倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性；

② 具有優異的抗Cl-應力腐蝕破裂的能力，適用于制造介質中含Cl-的壓力容器；

③ 與合金含量相當的奧氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優于奧氏體不銹鋼；

④ 比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數低，和碳鋼接近，適合做復合板或襯里等；

⑤ 使用溫度必須控制在270℃以下（不同材料或標準不完全一致）；

⑥ 塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼；

⑦ 存在中溫（475℃）脆性區，需要嚴格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現，損害性能。

與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的特點如下：

① 塑韌性好，不像鐵素體不銹鋼那樣對脆性敏感。冷加工工藝性能和冷成型性能遠優于鐵素體不銹鋼；

② 除耐應力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優于鐵素體不銹鋼，應用范圍較鐵素體不銹鋼寬；

③ 焊接性能也遠優于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理；

④ 合金元素含量高，價格相對高。

04 馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼是一類可通過熱處理強化的不銹鋼，與鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼相比，有更高的含C量，強度、硬度高和耐磨性好。但耐蝕性和塑性、韌性降低，焊接性能差，一般不用作焊接件。由于這些缺點使馬氏體不銹鋼的使用受到限制，通常只用作制造對強度、硬度高和耐磨性要求高而對耐蝕性要求不太高的零部件等。

05 超級不銹鋼

不同文獻對超級不銹鋼的定義不一，一般超級不銹鋼以耐點蝕當量PREN＝%Cr+3.3(%Mo)+16(%N)來表征，通常超級不銹鋼指耐點蝕當量PREN值≥35（鐵素體不銹鋼）或≥40（奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼）的高合金化高性能不銹鋼。包括高性能、高合金、有特殊要求的一些合金含量較低的不銹鋼。超級不銹鋼是一類Cr質量分數為12-30%的鐵基合金的不銹鋼，不屬于鐵鎳基耐蝕合金，因鐵鎳基耐蝕合金的含Ni＞30%（mass），Ni+Fe≥50%（mass），所以對含Ni的超級不銹鋼而言，含Ni量一定≤30%（mass）。

超級不銹鋼是一類針對原有不銹鋼的不足，以克服這些不足而發展的不銹鋼新品種、新牌號來適應不銹鋼應用的進一步需要，并不是代替原有的不銹鋼，只在原有不銹鋼不能滿足應用需要時才來采用超級不銹鋼。超級不銹鋼按不銹鋼的基礎類型分類，可分為超級奧氏體不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼、超級雙相不銹鋼和超級馬氏體不銹鋼4個大類。

① 超級奧氏體不銹鋼

以耐點蝕當量PREN≥40表征的高合金、高性能超級奧氏體不銹鋼，通常指質量分數為20-26%Cr、18-30%Ni、3-7% Mo，并用Cu（≤4%）、N（≤0.5%）進一步合金化的超低碳、超高潔凈度、超高均勻性的高合金、高性能奧氏體不銹鋼。主要牌號及耐點蝕當量有：

00Cr20Ni18Mo6CuN(254SMO)，PREN=43；

00Cr21Ni25Mo6CuN，PREN=48.8；

00Cr25Ni25Mo6CuN，PREN=52.8；

00Cr24Ni22Mo7CuN(654 SMO)，PREN=56.1等。

這類超級奧氏體不銹鋼具有優良的綜合性能，強度高，在氧化和還原介質中有優異的耐蝕性，耐海水腐蝕、耐各種氯化物介質全面腐蝕、點蝕和應力腐蝕，在硫酸和磷酸中有良好的耐蝕性。

超超臨界發電機組用超級奧氏體不銹鋼具有優良的高溫持久強度，解決了不銹鋼在520-580℃以上溫度長期使用會發生蠕變的問題，抗煙氣腐蝕、蒸氣氧化性能好，可滿足參數為605-650℃、壓力27-35MPa的超超臨界機組的使用要求，常用作超超臨界機組直流鍋爐過熱器和再熱器的管道。

INCOLOY 25-6Mo合金[2]（UNS N08926/W.Nr.1.4529）是一種超級奧氏體不銹鋼，ASME 2120-1 Nickel-Iron-Chromium-Molybdenum-Copper Low Carbon Alloy (UNS N08926) for Code Construction Section VIII, Division 1 定義了它的化學成分、最大許用應力、以及力學性能。

它含有6%（mass）的Mo并通過添加N提高性能。該合金是一種對點蝕和縫隙腐蝕有著出色抵抗能力的全奧氏體合金，合金的PREN（PREN=%Cr + (3.3×% Mo) + (30×%N)）為47，臨界點蝕溫度（CPT）在65-70℃，高的Mo含量以及N使得它能夠抗點蝕和縫隙腐蝕，含有的Cu能夠提高它對H2SO4的抗腐蝕性。當普通奧氏體不銹鋼（AISI 316和317）耐蝕性達到極限時，它能夠代替這些不銹鋼。因此，該合金被歸到超級奧氏體不銹鋼。此外，在一些海洋和化工環境中該合金還可作為高鎳合金的一種經濟的替代品。是一種經濟實惠的抗強氯化物腐蝕的合金。抗晶間腐蝕、應力腐蝕開裂性能大大優于317不銹鋼。在高流速的海水中，在環境溫度下過濾的海水以15.2m·s-1流速沖擊其表面時沒有任何的腐蝕跡象。對非氧化性酸如H2SO4、H3PO4有著很好的抗腐蝕性。

INCOLOY 25-6Mo合金最出色的性能之一是該合金對含氯化物以及鹵化物的環境有著很好的抗腐蝕性，特別適用于一些處理高氯化物的環境中，如鹽水、海水、腐蝕性氯化物以及紙漿廠的漂白系統。應用領域包括化工和食物工程、紙漿和紙的漂白設備、海洋和近海石油平臺設備、鹽廠的蒸發器、大氣污染控制系統、以及電廠的冷凝管道系統、循環水管道系統和供水加熱器等。在高氯含量或相對較高的溫度情況，特別在法蘭區域或縫隙處，有時會出現腐蝕。

在飽和氯化鈉環境pH為6-8時，INCOLOY 25-6Mo的腐蝕速率小于1 mpy (0.025 mm·a-1)。即使在腐蝕性更強的氧化條件下的氯化鈉環境也保持低于1 mpy(0.025 mm·a-1)腐蝕速率，并在沸騰條件下無點蝕發生。隨著這些鹽液的酸度增加，INCOLOY 25-6Mo為結晶器和蒸發器應用中也是優異的選材。INCOLOY 25-6Mo合金已經在主要化工設備中的鹽蒸發器本體和管殼換熱器得到應用。在紙漿和造紙工業中已經被廣泛使用在漂白環境，尤其在使用腐蝕性的ClO2的情況下。在煙囪貼襯和出口煙道是一種經濟實惠的材料，因為這些部位會形成酸性介質結露而導致點蝕和縫隙腐蝕。

由于INCOLOY 25-6Mo 對MIC的良好抗力，該合金大量使用在電廠的廢水管道系統。

② 超級鐵素體不銹鋼

為了克服鐵素體不銹鋼的缺點，通過加入各種元素特別是運用AOD、VOD等爐外精煉技術發展了高純鐵素體不銹鋼和超級鐵素體不銹鋼。

超級鐵素體不銹鋼通常指含質量分數18-30% Cr、2-4% Mo、C+N≤250×10-6及適量穩定化元素、超高潔凈度、超高均勻性、耐點蝕當量PREN≥35的高Cr、高Mo、超低C+N的高性能特殊鐵素體不銹鋼。具有低的韌-脆性轉變溫度、良好的焊接和力學性能。其主要牌號及耐蝕當量有：00Cr30Mo2(447J1)，PREN=36.6；00Cr25Ni4Mo4Ti，PREN=38.2；00Cr29Mo3Ti，PREN=38.9；00Cr27Ni2Mo3.5Ti（Sea-Cure），PREN=39；00Cr29Mo4Ti（Al29-4C），PREN=42.2；00Cr29Mo4Ni2，PREN=42.2。

這類鋼在熱的Cl-溶液中具有極高的抗全面腐蝕和局部腐蝕性能，如00Cr30Mo2(447J1)在含氯化物溶液中耐點腐蝕、應力腐蝕、全面腐蝕均優于300系列不銹鋼和2205雙相鋼，在NaOH和HAc中耐蝕性與純Ni相當，在含NaClO3 氧化劑的高溫NaOH中優于高純Cr26Mo1和純Ni，主要用于NaOH濃縮設備、煙氣脫硫設備、火電廠冷凝器。00Cr25Ni4Mo4Ti在海水和含氯化物介質中有極好的耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能，主要用于使用海水或其它含氯化物溶液的工廠，制造洗滌器、熱交換器和冷凝器等設備。

③ 超級雙相不銹鋼

為了進一步提高雙相不銹鋼的性能，發展了抗局部腐蝕和焊接性能更好的超級雙相不銹鋼。超級雙相不銹鋼通常指含質量分數25-27% Cr、6.5-7.5% Ni、3-4% Mo、N≤0.3%，含適量Cu、W、Si 等元素，超高潔凈度、相比例精細控制、耐點蝕當量PREN≥40的高Cr、高Mo、高N的超低碳雙相不銹鋼。其主要牌號與耐點蝕當量有：

00Cr25Ni7.5Mo3W2N，PREN=40；

00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN，PREN=40.55；

00Cr25Ni7Mo3.5CuN(Zeron 100)，PREN=40.55；

00Cr25Ni7Mo3.5Cu1.5N，PREN=41.35；

00Cr25Ni7Mo4N，PREN=43；00Cr27Ni7Mo3.5CuWN，PREN=43.35；

00Cr27Ni6.5Mo5N(2707HD)，PREN=49等。

00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN、00Cr25Ni7Mo3.5CuN、00Cr25Ni7Mo3.5WCuN、00Cr27Ni7Mo3.5CuWN用于制造氯乙烯生產用塔、換熱器、容器及氯氧反應器、HCl冷卻器、合成橡膠用聚合反應器、泵、管線等，化肥工業中硝酸生產冷卻器、冷凝器等。

00Cr25Ni7Mo4N、00Cr25Ni7.5Mo4CuWN用于含胺的堿溶液管線、海水熱交換器等；00Cr27Ni6.5Mo5N（2707HD）是特超級雙相不銹鋼，特別適用于苛刻的、酸性、含氯環境（推薦用于熱海水），它可使在苛刻環境下使用的熱交換器承受更高的運行溫度和更長的運行時間，保證設備運行可靠、安全和性能良好。

④ 超級馬氏體不銹鋼

為了克服馬氏體不銹鋼的不足，引入了軟馬氏體的概念，開發出一系列抗拉強度高，延展性好，焊接性能得到改善的新合金，開拓了超級馬氏體不銹鋼的研制。超級馬氏體不銹鋼通常指含12-17% Cr、2-6.5% 、Ni≤2.5% Mo、≤0.3%Cu元素的超低C、超高潔凈度、強韌性好、耐蝕性優于傳統馬氏體不銹鋼，特別是焊接性能遠遠優于傳統馬氏體不銹鋼的回火馬氏體組織的“軟”馬氏體不銹鋼。不僅保持了傳統馬氏體不銹鋼強度硬度高、耐磨性好的優點，還克服了傳統馬氏體不銹鋼塑韌性差、耐蝕性差，特別是一般不能用作焊接件的缺點。

其主要牌號、C 質量分數和耐點蝕當量為：

00Cr12Ni4.5Mo1.5Cu(X80 12Cr-4.5Ni-1.5Mo)，C≤0.02%，PREN=17；00Cr13Ni4Mo1(HP13Cr)，C≤0.03%，PREN=17；00Cr12Ni4.5Mo1.5Cu1.5 (CRS :95Ksi)，C≤0.02%，PREN=18.2；00Cr16Ni5Mo1(248SV)，C≤0.03%，PREN=19.3；00Cr13Ni6Mo2Cu1.5(CRS：110Ksi)，C≤0.02%，PREN=19.6；00Cr13Ni5Mo2N(D13-5-2-N)，C≤0.02%，PREN=20；00Cr13Ni6Mo2.5Ti，C≤0.015%，PREN=21.2。

超馬氏體不銹鋼由于含C量低，相當于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。如248SV馬氏體不銹鋼抗全面腐蝕和點腐蝕的性能優于13%鉻和17%鉻馬氏體不銹鋼，而與304型奧體不銹鋼相當。對于弱酸性腐蝕環境，超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是，在高溫和有CO2存在的腐蝕條件下，會產生全面腐蝕和局部腐蝕；在CO2和H2S同時存在的條件下，必須考慮在室溫下產生的SCC和在高溫下產生的全面和局部腐蝕。

由于超級馬氏體不銹鋼比傳統馬氏體不銹鋼在塑韌性、耐蝕性和焊接性能方面有明顯改善，它的強度比雙相不銹鋼高得多，因此很多工業領域極具應用潛力。

參考文獻

[1] GB/T 20878-2007.不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分

[2] SPECIAL METALS.INCOLOY alloy 25-6Mo.2002.10,出版物編號：SMC-005