森德维克公司生产弹簧钢丝用SAF 2205双相不锈钢

张孝福  编译

1   前言
    桑德维克公司最近生产的SandvikSAF 2205(国际标准代号为1.4462)双相不锈钢具有很高的耐腐蚀性能，广泛用于环境条件要求严格的石油、天然气、化工与石化工业。该公司开始以棒材和钢管的形式供货，随着工艺开发能力的提高，也能以中空棒材、带钢和现在的线材形式供货，特别是以弹簧圆钢丝供货。由于Sandvik SAF 2205具有很好的力学性能和抗腐蚀性能，因此，在许多用途中能够代替AISI 316型不锈钢。
    全世界弹簧钢丝的产量估计超过36．5万t，其中大约2 0％是不锈钢。在最近几年中，这个比例已显著增加，部分是由于电子工业因为安全和清洁的原因，要求使用小直径的不锈钢丝。此外，还因为在要求的应用中不锈钢比碳钢具有耐腐蚀的优点。螺旋弹簧机械和技术性能的提高也鼓励人们使用不锈钢。
    在不锈钢弹簧钢丝世界市场上，主要客户在欧洲，用量大约占31％，北美自由贸易区占29％，日本占20％，东南亚占15％。
    弹簧的形式很多，从简单的螺旋到极其复杂的设计都有(见图1略)，主要有四种形式：用于喷雾器或电气开关这类用途的压缩弹簧；用于橡胶密封圈保护的拉簧；用在绞链、计算机硬件、软盘、车锁和汽车化油器等用途中的扭簧；第4类常常是一些不规则形状的弹簧，例如，用在压板或夹子、汽车灯或磁带录音机中的止动簧等。
    为了提供要求的弹力，所有弹簧都要经过计算，它们必须自始至终地保持它们的寿命时间。不锈钢弹簧钢丝相当于硬拉钢丝，产生很高的抗拉强度。它们还必须经受住大量的负荷循环，即具有非常好的抗疲劳性能，不致过早损坏。
    Sandvik SAF 22055双相不锈钢丝具有：
         ?在氯化物和低硫化氢环境中具有很强的抗应力腐蚀断裂能力。

    ?具有很强的耐一般腐蚀、孔蚀和缝隙腐蚀能力。
         ?具有很强的耐刻蚀和耐腐蚀疲劳能力。
         ?抗拉强度、比重、比热、导热性、热膨胀性和电阻率都为弹簧制造厂提供了设计保障。
    加工弹簧的最终回火将提高抗拉强度(最多增力口450MPa)，提高弹力、弹性张弛抗力和疲劳强度。还能释放弹簧成形过程在钢丝中出现的应力。
    剪切模量在交货状态约为77000MPa，在回火状态约为79000MPa。
    弹性模量在交货状态约为200000MPa，在回火状态约为205000MPa。

物理性能

2   腐蚀
    在产生一般腐蚀的最普遍的环境中，不锈钢能够承受不同工业用途中强酸或强碱溶液的腐蚀。可能与弹簧接触并引起腐蚀的其它典型环境是中度洗净剂、硬水和脱离子水、异丙醇、稀释氢氧化钠的清洗液、下水道液体、溴化钠和柠檬酸。
    任何环境的特殊条件与腐蚀的关系极为重大，例如，如果环境中出现氧化或还原剂之后，可能产生急剧的腐蚀。在相同的环境条件下或者在不同外来物的作用下，不同钢种的不锈钢的使用性能可能存在显著的差异。因此，充分了解使用弹簧的环境条件是十分重要的，所以，应该选择最适宜的钢种。Sandvik SAF 2205成为腐蚀环境中使用的新的替代产品。在大多数介质中，SandvikSAF 2205比标准的不锈钢钢种AISI 316L对一般腐蚀的耐蚀性更好。
3  孔蚀
   Sandvik SAF 2205弹簧钢丝耐腐蚀性的一种度量标准是它的耐孔蚀性能。钢的耐孔蚀性能主要决定于它的含铬量、含钼量、含氮量以及渣的成分及含量。不同钢种耐孔蚀性能的工业标准对比是采用PRE数(耐孔蚀当量)的大小作为指标。PRE定义如下：
    PRE=％Cr+3．3％Mo+16％N
    Sandvik SAF 2205的PRE大于35，而AISI 316L的PRE为24。SAF 2205和两种标准不锈钢的PRE为：
    钢种           ％Cr     ％Mo     ％N     PRE
  SAF 2205        22．2    3．2     0．18    >35
  AISI 316L       17．0    2．2      ―       24
  AISI 302／304   18．0     ―       ―       18
    在不同氯化物含量条件下，实验室确定的孔蚀开始发生的临界温度已经被实际使用经验所证实。实践证明Sandvik SAF 2205可以使用在环境温度和氯化物含量比AISI 302／304和AISI 316L高得多的条件下而不会产生孔蚀。因此，Sandvik SAF 2205比标准的奥氏体不锈钢更适合在含氯化物环境条件下使用(见图2略)。
   
    与耐孔蚀的原理一样，钢中的铬、钼和氮含量也与耐缝隙腐蚀相关。Sandvik SAF 2205比AISI 316L型不锈钢耐缝隙腐蚀的性能更好。
4   应力腐蚀断裂
    标准AISI 302／304奥氏体不锈钢在含氯化物环境中，在温度超过60℃时易产生应力腐蚀断裂。双相不锈钢很少产生这种类型的腐蚀。图3（略）表示了SAF 2205、AISl 302／304及316L型不锈钢不产生应力腐蚀的温度一氯化物含量范围(这些曲线下方为无应力腐蚀断裂)。
    实验室试验还表明在含硫化氢的环境中SAF 2205具有良好的耐应力腐蚀断裂性能。图4（略）表示了与应力／抗拉强度相关的应力腐蚀断裂试验断裂所持续的时间。
    根据NACE MR0175经固溶退火和冷加工的SAF 2205(UNS S31803)如果在硫化氢分压不超过0．02bar的酸性环境中，屈服强度(R_p0.2)不大于1100MPa，硬度不大于HRC 36，在232℃及其以下任何温度都是可以使用的。
5   可获得性
    Sandvik SAF 2205弹簧不锈钢丝尺寸范围为直径0．15―8．00mm；涂层表面加工的供货范围为直径0．40～8．00mm；菱形孔型拉拔钢丝供货直径为0．15～0．80mm。

    涂层表面力口工可以给弹簧生产带来许多好处：
         ?弹簧产量高，而且尺寸和弹力公差范围小；
        ?提高了喂进速度，因而弹簧产量更高；
        ?在绕制弹簧过程中对疲劳破坏给予了更大的保护，因而减少了擦伤的风险；
        ?绕制工具磨损小。
    一种可替代的涂镍表面也可以供货，在表面清洁之后，涂镍钢丝具有非常优良的低温焊接性能，在回火过程中这种表面不褪色。
    Sandvik SAF 2205弹簧钢丝的几种供货形式：
         ?成卷供货，最大单重150kg
         ?绕在卷盘上供货，最大单重1000kg
         ?压卷交货，最大单重1200kg
6   应用
    虽然提出了一种新的弹簧钢丝钢种，桑德维克钢公司一直致力于开发最终用户，并且已经取得了一定的成功。应用范围从化学和石化工业的压缩弹簧到更高压力水平的气体压缩用弹簧，到动物喂养和家禽养殖场的温度控制装置，到移动电话、肥料播撒机、滑雪板、水表，甚至圆珠笔。