超級馬氏體不銹鋼典型的基體金屬顯微組織為回火馬氏體。這種低碳回火馬氏體組織具有很高的強度和韌性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理條件的差異,一些牌號的超級馬氏體不銹鋼基體顯微組織中可能會出現(xiàn)10%~40%的細小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16%等級的超級馬氏體不銹鋼,顯微組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素體。為了獲得理想的細晶?;鼗瘃R氏體,在鋼板交貨之般都經(jīng)過淬火加回火處理。
馬氏體不銹鋼含鉻13%,由于鐵素體晶粒在焊接過程中粗化和硬化,而使其可焊性很差。以往,這類不銹鋼的用途嚴(yán)格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過冶煉工藝的不斷改進,降低了馬氏體不銹鋼中的碳、氮、硫含量,又增加了一定量的鎳(高含量達6.5%)和鉬(高含量2.5%),從而開發(fā)出了超級馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施,使得新的超級馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。
超級馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝,諸如氣體保護金屬極電弧焊(GMAW或SMAW),氣體保護鎢電弧焊(GTAW)。埋弧焊(SAW)和勵磁線圈電弧焊(FAW)。對于環(huán)縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW,直縫焊大多數(shù)使用SAW。但是,激光焊和電子束焊也非常有吸引力。激光焊對生產(chǎn)直縫焊管是一種經(jīng)濟的焊接方法。由于冷卻速度快,在焊縫中可以獲得全馬氏體顯微組織,從而得到很好的韌性和滿意的耐蝕性。
對于弱酸性腐蝕環(huán)境,超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是,在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下,會產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕,在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下,考慮在室溫下產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋和在高溫下產(chǎn)生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據(jù)腐蝕條件的不同(如CO2或CO2+H2S),開發(fā)了不同牌號的超馬氏體不銹鋼(含鉬或不含鉬)。這種超13Cr不銹鋼已成功地應(yīng)用于北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田。
為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中的耐苛刻介質(zhì)全面腐蝕的需求,在304、316等不銹鋼管基礎(chǔ)上提高鋼的鉻、鎳、鉬含量,以及加入銅、硅等元素或降低雜質(zhì)元素的殘余量,又發(fā)展了許多高合金的新牌號,例如含約4.5%Mo的317LM(00Cr18Ni16Mo5)和904L不銹鋼(00Cr20Ni25Mo4.5Cu)以及尿素級、硝酸級、核級、食品級等類型的奧氏體不銹鋼管。
根據(jù)1962~1997年間對不銹鋼管大量腐蝕破壞形態(tài)的統(tǒng)計,可以看出,1962~1971年間全面腐蝕和晶間腐蝕已大量減少,而1962年起到1997年,應(yīng)力腐蝕、點腐蝕、間隙腐蝕以及腐蝕疲勞等局部腐蝕在腐蝕破壞中仍占有相對高的比例。其中點蝕和縫隙腐蝕仍占20%以上,應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞仍占10%以上。通過研究,人們已經(jīng)了解到提高奧氏體不銹鋼管中的鎳量可以顯著提高鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能,提高鉻、鉬量可以顯著提高鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕的性能,而剛的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞通常都是有點蝕和縫隙腐蝕為起源,因此,人們開始關(guān)注耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)良的高合金奧氏體不銹鋼的研制。