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学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢

更新时间:2021-11-20 22:26:06点击:

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摘自J.C.M Farrar编写的The Alloy Tree之D1,并适当加工整理。

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图1)

咱们之前也摘抄过904L,The alloy tree 之 904L

为提升车站服务品质,武汉地铁线网各站以“知你心忧,懂你所求”的服务理念为指导,在“精细”上下功夫。

将标志优化、卫生整治、意识培养、技能提升等多方面工作做细做实,让乘客舒心出行、尽享便捷。


学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图2)

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此处只是概要性的介绍,有关2205双相钢更详细的介绍可以参考,合肥通用所的黄嘉琥老先生发表于《压力容器》2015年第2~5期的《压力容器用双相不锈钢》系列文章,共四篇。

 

#1

典型的2205成分如下,其主要特点是低碳,22%的Cr,5%的Ni,和3%的Mo,有限的N含量。

形成奥氏体相的能力以Ni当量计的,所以与奥氏体不锈钢(9%Ni)相比,2205的Ni含量较低,以控制奥氏体相。

标志优化,服务质量提档升级

另外,为了提高抗腐蚀能力,2205中添加了Mo,因为(Cr+Mo)≥21%(但不宜高于35%)可以防止冷成形过程中奥氏体相变为马氏体,而奥氏体钢中的Cr约为19%,304不含Mo。

并且N含量高于奥氏体钢,N可以避免焊接接头出现过多的铁素体。

2205要求固溶热处理后供货,以保证50%的奥氏体相和50%的铁素体相,固溶热处理能将σ相等有害相溶于奥氏体中。

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图3)

需要指出的是,上述成分与GB/T24511-2017中的S22053有所差异。

 

2205的主要厂牌:

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图4)

双相钢因为强度与抗腐蚀性能兼备,于1930年代开始得到了应用。但在1950年代以后才得到了得到推广。1970年代后期,N元素对提高焊接接头性能的重要作用得到了充分认识。后来随着制造成本的降低,运用双相钢的经济效益显现。截至2000年,在欧洲的不锈钢用量排行中,2205仅次于316L和304L。

 


学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图5)

武汉地铁响应市民呼声,第一时间拿出优化方案,加班加点推动线网重点站标志优化改造。

如1、3号线宗关站、宏图大道站、7号线螃蟹岬站、4、7号线武昌火车站、武汉火车站等客流大站率先完成标识优化工作。

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图6)武汉地铁针对乘客反映的“地铁附近公厕不好找”“导向标志不明显”“认不清换乘方向”等问题,坚持问题导向,根据现场实际需求,完成了多个车站的标志优化工作,强化了关键点位间的衔接,确保导向全覆盖。
学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图7)学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图8)一是结合车站构造及乘客走行路径,在重要部位站台、柱面增加大幅指引及换乘流线指示标志。
二是综合车站周边地理环境,新增地面贴附式指引导向,助乘客快速选择候车地点,明确乘车方向,确保乘客能在第一时间找到目的地。学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图9)升级完成后,车站各类标志醒目连贯,做到了整体布局优化,导向性更加明确,使乘客走行流程更顺畅便捷。


#2

2205在性能上有以下几个特点:

专项整治,精心扮靓城市窗口


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为了营造更舒适的乘车环境,提高乘客满意度,线网各站从以下四点入手开展环境卫生整治工作。

1. 高强度,强度约为316L等奥氏体不锈钢的2倍;

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图11)学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图12)学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图13)

01

2. 在许多种介质环境中,具有良好的抗全面腐蚀能力;

3. 因为铁素体含量较高,在氯离子环境中具有较高的抗应力腐蚀能力;

4. 在海水等氯离子环境中具有较高的抗点蚀能力,其PREn值通常大于35。

卫生清洁工具定制化管理。为提升环境和车站整洁度,将保洁工具房进行定制化管理,工具摆放有规定,保障车站现场清洁工具使用方便、摆放整齐、美观大方。

2

此前,我们通过摘译2004年出版的“The alloy tree” ,简要地了解了2205双相不锈钢。但其化学成分与国内的HG/T24511-2017有所差异,如下表所示,但具体成分上的差异并不影响《The alloy tree 之2205》中的定性结论。

表 HG/T24511中不锈钢成分学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图14)

仔细地学习了文献“黄嘉琥. 压力容器用双相不锈钢(一). 压力容器, 2015, 32(2)”,但里面的知识点太多了,现摘录一些实用性的结论供参考。

02

提高设备设施清洁频次及力度。组织开展车站设备设施专项整改,根据车站实际情况,制定具体计划,确保定时打扫、随用随扫、逢污必清。

03

规范站内不锈钢铁马摆放。根据现场需要设置不锈钢铁马,明确备用铁马放置位置及数量,确保美观规整,不影响乘客走行,又能在需要客流引导时能快速投入使用。

04

首先,得先记住以下三个式子,这是了解各化学成分作用的关键。

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加强出入口卫生环境整治。提高出入口巡视频次,协助管理共享单车摆放,巡捡出入口花坛杂物,畅通乘客出行道路,营造绿色便捷的出行氛围。


学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图16)通过整治,带来了整齐清洁的乘车环境,也提高乘客的乘车愉悦感。


#3

耐点蚀当量PRE

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1. 双相不锈钢,理论上奥氏体相和铁素体相各占一半可具有最好的性能,较少相最少不宜低于40%。

乘客至上,全面提升服务水平


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武汉地铁全体员工始终贯彻“知你心忧,懂你所求”的服务理念,在细节的把握中提升服务水平。

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线网各站开展常态化预约式服务,以站点为单位成立志愿服务小队,并积极联合共建单位主动帮扶。
例如,4号线武昌火车站根据乘客的出行路线,在约定时间及出入口接应乘客进站并全程帮助乘客,争做乘客眼中有心、有情、有爱的忠实“骆驼”,切实为乘客提供有温度、无障碍的温暖服务。
学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图20)7号线武昌火车站则针对“携带大件行李换乘不便”的问题,制定了无障碍电梯换乘方案,以“接力”换乘安排专人“多对一”护送引导,方便老弱病残孕及携带大件重物的乘客安全乘梯。
学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图21)临近旅游景点的车站也有自己的微举措,绘制周边配套信息图和车站周边公交信息图,方便问询乘客能够快速理解,节省出行时间。

#4

双拳出击,强化岗位技能提升

2. 早期的双相钢是不含N元素的,上世纪七八十年代后期发现,含N的双相钢可避免焊接接头的焊缝和热影响区出现过高的铁素体,使焊接接头的性能接近母材。

3. 截至2009年的统计数据,国内锅炉压力容器使用的不锈钢中,双相钢用量仅次于奥氏体不锈钢,其中2205和304使用的最多,分别占双相钢、奥氏体钢的80%。 

4. 双相钢中,Cr+Mo含量应大于21%,以防冷成形时奥氏体相变为马氏体,使性能下降;但Cr+Mo也不应超过35%,以免析出金属间化合物(σ相为主),使性能下降。


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从乘客踏入车站的第一步开始,每一步、每一处的安全与舒适都离不开岗位上全体工作人员的履职尽责。

5. 双相钢的线膨胀系数小于奥氏体不锈钢,且热导率较大,适用于复合板与衬里及换热管。

强化员工作业标准,提升员工岗位技能,在培训中提高效率,在工作中精进业务,是保障乘客安全舒适出行的基础。

6. 双相钢中的铁素体相,仍具有一般纯铁素体不锈钢常出现的高温金属间析出相(主要是σ相)脆性,475℃脆性、大晶粒脆性、低温脆性。

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图23)从进站过检开始,严把乘客入关口。针对安全检查,严格执行统一标准,配合做到“逢包必检,逢液必查,逢疑必问”。
安检培训每日开展,业务抽问每日进行,确保每位安检员对于违禁品熟记于心,不漏查安全隐患的同时,保障服务质量,耐心应对乘客质疑。学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图24)紧抓车站各岗位员工安全专项培训工作,提业务,固生产。
组织开展覆盖全员的行车专项培训、消防安全专项培训和突发事件应急处置演练,全面提升员工的安全意识及行车、消防安全业务能力,保证车站安全生产工作平稳有序。

武汉地铁将继续秉承“知你心忧,懂你所求”的服务理念,为乘客提供优质服务,进一步提升现场管理水平,助力轨道交通事业高质量发展。

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出品丨运营公司融媒体工作室

来源丨各客运中心

7. 材料与焊接接头应控制与检验相比例,焊接接头不应出现单相的铁素体组织。

编排丨谢思薇

审核丨李丹

8. 各元素在双相钢两相中的含量是有较大不同的,奥氏体形成元素(镍当量计算式中的各元素)在奥氏体相中富集,铁素体形成元素(铬当量计算式中的各元素)在铁素体相中富集。两相中各元素含量的比值称之为分配系数。

9. 从上述当量计算式可以发现,各元素对于各相的形成能力是不同的,例如,N元素形成奥氏体相的能力是Ni的30倍。

10. 在一定的温度和合金成分条件下,双相钢的基体相(主要是铁素体相)会析出二次相,包括C、N化合物,金属间化合物和固溶体等。之所主要是从铁素体相中析出,主要是因为:

a, 铁体相的原子空隙大于奥氏体相,合金元素扩散速度较高;

b, 基本相析出的C、N化合物主要是Cr、Mo和C、N的化合物,而铁素体相中含Cr、Mo较多,参见前面的Cr当量计算式;

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图26)

c, 双相钢中的铁素体相含有Ni和Mo,这将会扩大形成金属间化合物σ相(主要由Cr和Mo组成)的温度范围,并缩短σ相形成时间。这也是前面提到的要控制Cr+Mo也不应超过35%的原因。

 

11. 双相钢中含高Cr、高Mo化合物在晶间的析出,可能导致晶间贫铬,产生晶间腐蚀敏感性。σ相在强氧化性介质中可快速溶解产生晶间腐蚀,因此,对双相钢进行晶间腐蚀敏感性的控制和检验是必要的。 

12. 双相钢受制于其中的铁素体相,使用温度范围相对较小。因为铁素体的475℃脆性,双相钢的许用温度不宜过高、不用于耐热钢;并且因为铁素体存在低温脆性,双相钢的许用温度也不宜过低。

13. 在力学性能上,总的来说,抗拉强度和屈服强度,双相钢均大于奥氏体钢和铁素体钢,但双相钢的塑性(断后伸长率)要比奥氏体钢差。

14. 双相钢在固溶处理时约有一半的铁素体相可相变为奥氏体相,相变可使晶粒细化。(铁素体的大晶粒脆化是铁素体钢的突出缺点)并且,双相钢的两相共存,可阻止任一相的晶粒长大。同样条件下,双相钢的晶粒比奥氏体钢和铁素体钢都要细。晶粒细,强度、韧性也高。

15. N等非金属元素固溶于铁基的基体相中,可挤进基体相晶格结点的空隙,即间隙固溶。N元素对双相钢中奥氏体相的间隙固溶,可使溶剂晶格产生正畸变、位错运用受阻,从而提高了基本相的屈服强度。

16. 双相钢中的Ni含量要比奥氏体钢中的少。而Ni含量少,在低温或冷变形时,部分奥氏体会转变为马氏体,马氏体硬而脆,如果钢中的马氏体增加会导致强度提高,塑性下降。

 

总的来说,双相钢中的Ni、Cr、Mo、N等元素含量,要在双相钢中的奥氏体相、铁素体相的相比比例,及对性能的影响上取得平衡。

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参考文献:黄嘉琥. 压力容器用双相不锈钢(二). 压力容器, 2015, 32(3).

这篇文献知识量大,但语言不够简炼,段落较长(有的段达一千字),读起来有点吃力。

在了解双相钢的晶间腐蚀特点之前,有必要先了解一下奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的晶间腐蚀。

1. 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

铬为不锈钢的基本耐蚀合金元素,不锈钢的各个区域需要有较高的铬含量,才能有较好的耐蚀性。

固溶温度下,碳在奥氏体基体中的溶解度较高(0.1%),但随着温度的下降其溶解度降低(室温下甚至低于0.02%)。不能溶解的碳,会以碳化铬的形式在晶界析出,并在邻近区域产生贫铬区。不过,基体中的铬也会逐渐向贫铬区补充。除碳化铬外,氮化铬、金属间化合物(如σ相)等富铬的晶间析出相,也会产生贫铬区。在一些介质环境中,贫铬区会先被腐蚀,即为晶间腐蚀。

钢中合金元素的迁移均为扩散过程,碳化铬的析出温度在950~400℃范围内,温度较高时扩散速度快,低于400℃扩散基本停止。所以,如果奥氏体不锈钢从固溶温度快速冷却(如水冷),则可避免高铬相和贫铬区的产生。

经过固溶处理的奥氏体不锈钢,钢材本身的抗晶间腐蚀性能是有保证的。但对于压力容器等焊接件,因为很难对整个设备进行固溶处理,需要采取诸如减少焊接热循环(作用有限)、不锈钢的合金化(主要措施,如降低碳含量)来保证其抗晶间腐蚀性能。

事实上,因为钢材出厂固溶热处理时的冷却速度,设备制造过程中的焊接热循环等制造工艺因素,对不锈钢制设备在投运后的抗腐蚀能力有较大的影响。因此,除保证化学成分外,必须对每一批钢材,及制成的设备(重点是焊接接头)进行必要的晶间腐蚀敏感性检验。 

2. 铁素体不锈钢的晶间腐蚀

碳、氮在铁素体中的溶解度要比在奥氏体中小得多,因此,若含碳、氮量一样,铁素体钢的抗晶间腐蚀性能要小于奥氏体钢。因此,从抗晶间腐蚀的角度,应尽量降低铁素体钢中碳、氮的含量。

另外,合金元素在铁素体中的扩散速度要比在奥氏体中快得多。铁素体在高温退火处理时,碳、铬均固溶于基体中,当温度降低至碳化铬的起始析出温度后,碳、铬的扩散速度快,碳化铬将很快全部在晶界析出。与此同时,基体中的铬也很快向贫铬区补充,可减小贫铬区的贫铬程度。所以,铁素体退火后,不能快速冷却,应缓冷(一般采用空冷),让基体中的铬充分扩散,消除或减轻贫铬区。

不过,冷却速度也不宜太慢,尽量减少在500~925℃间析出σ相产生高温脆化,及400~500℃间析出α’相,产生475℃脆性。

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之前在《双相钢的耐晶间腐蚀性能(一)》中,介绍过奥氏体钢、铁素体钢抗晶间腐蚀性能,接下来介绍一下双相钢的抗晶间腐蚀性能。

参考文献:黄嘉琥. 压力容器用双相不锈钢(二). 压力容器, 2015,32(3).

了解双相钢的耐晶间腐蚀性能,首先介绍一下双相钢的几个特点:

双相钢中有三种相界,包括:γ/γ,α/α及γ/α。

在固溶温度下,C在奥氏体相γ中含量较高,而Cr在铁素体相α中较高。在相同温度下,C和Cr在铁素体相中扩散较快。晶界析出的碳化铬中,Cr含量约为C的13倍,而晶粒基体中,Cr含量为C的1000倍。所以,可析出的C消耗完,不再析出碳化铬,贫铬区的Cr可得到基体的补充。

下面分别来看几个相界上晶间腐蚀的特点:

γ/γ相界

固溶后冷却至碳化铬析出温度时,因为Cr在奥氏体相中的扩散相对缓慢,贫铬区的形成也相对较慢,而固溶处理中的冷却为快速冷却,在贫铬区不严重的时候,温度已下降至合金元素不能扩散的温度。所以,固溶处理后的γ/γ相界晶间腐蚀敏感性不高。

α/α相界

因为铁素体中的C相对较少,且贫铬区能得到晶粒基体的快速补充。α/α相界的晶间腐蚀敏感性要低于γ/γ相界。

α/γ相界

对于正常的固溶快速冷却,析出的碳化铬中的Cr主要来自铁素体相,C来自奥氏体相,析出速度较慢,而铁素体相一侧的Cr的补充速度较快,奥氏体相一侧的贫铬程度比铁素体相一侧严重。即,α/γ相界γ侧的晶间腐蚀敏感性高于α侧。

α/γ相界γ侧、γ/γ相界两侧的比较

如前所述,α/γ相界α相中C、Cr的扩散速度较快,碳化铬的析出也较快,导致γ侧的贫铬区程度也较γ/γ相界两侧严重。

总的来说,双相钢的晶间腐蚀首先从α/γ相邻近γ相侧开始。

与奥氏体钢、铁素体钢相比,双相钢的抗晶间腐蚀性能主要有以下特点:

1. 在双相钢正常的相比例下,任何一种相界产生晶间腐蚀,会被其他相界阻断。

2. 双相钢中存在相变,晶粒较细,总的晶界长度就长,单位长度上的碳化铬相对较少,贫铬程度就相对低。

3. 现代双相钢的含碳量低于0.03%,可能形成的碳化铬也就少。

4. 双相钢的铬含量相对较高,贫铬区的铬能得到一定的补充。

5. 钼具有与铬相似的抗晶间腐蚀性能,而双相钢几乎都含有钼。

6. 双相钢含有相对较多的镍、铬,能够抑制碳的活跃程度,降低贫铬速度。

5

904L典型成分如下,其中1.5%的Cu提高了抗酸腐蚀的能力,26%Ni保证了稳定的、完全的奥氏体显微组织。通常要求固溶状态供货。904L是现代超级奥氏体不锈钢家族的“先驱者”,焊接性能好,抗腐蚀能力强,出现于20世纪下半叶,满足了快速发展的化学、纸浆及造纸工业等的需要。

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图27)

主要厂牌有:

学党史 办实事 惠乘客丨武汉地铁从细微着手,推进车站精益管理钢铁百科-钢的分类-双相钢(图28)

904L具有比316L更好的抗均匀腐蚀、点蚀的能力,但成本较高。904L的PRE值约为37。Cu元素的存在显著加强了904L在酸环境(除硝酸外)的抗腐蚀能力,904L在氯化物环境中具有良好的抗点蚀及缝隙腐蚀能力。

运用场合包括化学、纸浆和造纸工业中化肥、磷、硫、醋酸厂的储罐、容器、管道、搅拌器、泵及阀门等。

另外,还能够应用在海水环境,及近海石油和天然气环境(运用范围较小),及电厂烟气脱硫。

 

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以上内容摘自The Alloy Tree的F-2

百度上很容易找到J.C.M Farrar编写的这本The AlloyTree

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