背景
众所周知，紧固件产品包括上千种规格，为了保证安全或考虑温度、恶劣环境或其他危险场所的影响，往往对紧固件钢的安全性、耐久性和表面质量提出更高的要求，即钢材必须满足耐应力腐蚀或耐热性和高强度耐受性的条件。 因此，不锈钢和耐热钢在紧固件制造中得到了广泛的应用。
gb/t 3098.6-2023《紧固件的机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》、GB T 309815-2023《紧固件力学性能-不锈钢螺母》推荐国家标准，由国家市场监督管理总局、中华人民共和国标准化管理委员会于2023年5月23日发布，2023年12月1日实施。
新标准经修订，采用ISO 3506-1：2020《紧固件 耐腐蚀不锈钢紧固件的机械性能 第1部分：具有规定组和性能等级的螺栓、螺钉和螺柱》（英文版）取代GB T30986-2014；并修改采用ISO 3506-2：2020“紧固件 - 耐腐蚀不锈钢紧固件的机械性能 - 第2部分：具有指定组和性能等级的螺母”（英文版）代替GB T309815-2014。
新标准是GB T3098《紧固件的力学性能》第6部分和第15部分，规定了不同类型不锈钢紧固件的力学性能，为紧固件的设计、制造、验收和使用提供了依据。
现状
在当今的工业生产过程中，高压容器是必不可少的设备之一。 但是，由于高温、高强度、高浓度等因素的影响，金属材料容易发生腐蚀，可能导致容器故障甚至事故。 因此，有必要对压力容器中的不锈钢和耐热钢材料进行深入研究。
目前，世界各国已开展相关研究工作，其中美国的研究重点是分析不同类型压力容器的腐蚀机理和影响因素; 德国的研究重点是探索新型耐腐蚀材料及其应用方法; 英国更加注重提高压力容器的安全性能和寿命; 并在国内取得了一些研究成果。 随着材料和制造工艺的进步，修订后的GB T30986-2023 和 GB T309815-2023 引入双相不锈钢材料的性能要求和更高强度的牌号，以满足腐蚀条件下高强度设计的要求。
双相奥氏体-铁素体少沾污钢，具有奥氏体和铁素体两相结构的基体（其中少相含量至少大于25%），可以被磁化，通常通过冷加工进行强化。 双相不锈钢不仅保留了奥氏体不锈钢优良的韧性和焊接性能，而且具有铁素体不锈钢高强度的优点。
双相不锈钢牌号
双相（奥氏体-铁素体）不锈钢的主要成分是Fe、Cr、Ni、Mo等元素，双相不锈钢的铸造等级符合ASTM A890 A890M标准。 在 ASTM A890 A890M-18A 标准中，铸造双相不锈钢有 8 个等级，包括 1B、1C、2A、3A、4A、5A、6A 和 7A，具体取决于化学成分。 我国双相不锈钢铸件标准GB T 2100-2017也有与ASTM A890 890M标准相对应的材料牌号。
美国锻造双相不锈钢的主要执行标准是ASTMA182 A182M-20，其中包括F50、F51、F52、F53、F54、F55、F57、F59、F60、F61、F65、F66、F67、F68、F69和F71等16个牌号。 我国不锈钢锻造标准NB T47010-2017《压力设备用不锈钢及耐热钢锻件》规定了六种锻造双相不锈钢牌号。 由于使用习惯和美国品牌的丰富，目前国内阀门紧固件产品仍主要采用美国双相不锈钢标准，其中，常用的牌号主要有ASTM A182标准F51 F53 F55 F61、ASTM A890标准1B 4A 5A 6A。 双相不锈钢的抗点蚀性和点蚀敏感系数（pren=cr%+3.）3%MO+16%N），PREN值与材料的成分有关，不同材料牌号、不同成分、不同抗点蚀性，抗点蚀性也不同。
在GB T20878-2007《不锈钢及耐热钢牌号及化学成分》国家标准的基础上，为满足市场需求标准，明年发布的GB T20878-2024增加了85个不锈钢牌号和化学成分，其中增加了20个双相（奥氏体-铁素体）不锈钢牌号，新增了9个， 见表1，扩大了紧固件市场的应用范围。
表1 双相（奥氏体-铁素体）不锈钢牌号及其化学成分。
双相不锈钢的性能及应用
不锈钢的成分和组织在应力腐蚀裂纹敏感性（SCC）中起着关键作用。 奥氏体不锈钢在氯化物溶液中易受SCC影响，而铁素体对SCC具有较好的抵抗力。 铁素体晶粒越小，抗SCC越好，因此双相不锈钢具有更高的耐氯化物SCC性能，应力腐蚀开裂的阈值约为奥氏体不锈钢的3倍。 在Cr-Ni不锈钢中，溶液结构中铁素体相与奥氏体相的比率通常使用“铬当量”和“镍当量”进行计算和评估。
双相不锈钢解决了304L、316L等奥氏体不锈钢在CL应力腐蚀下产生SCC的危险，特别是在点蚀引起的应力腐蚀破裂场合。 因此，双相不锈钢广泛应用于CL应力腐蚀的许多场合，如炼油工业的催化裂化和加氢裂化装置，石油化工工业的PVC装置和氯乙烯生产装置，以及煤化工行业污水处理装置的紧固件。
热处理工艺很重要
双相不锈钢在结构上坚硬易碎，其析出直接影响双相钢的耐腐蚀性。 为了避免韧性和耐腐蚀性的退化，双相不锈钢固溶热处理需要快速冷却，以缩短相析出过程。 双相钢在316 540范围内长时间停留后会析出相，国家和石化行业标准对双相钢材料的使用温度做出了相关规定，双相不锈钢连续使用温度的上限低于奥氏体不锈钢。 SH T3059-2012《石油化工管道设计设备选型规范》第6号第2节规定，双相不锈钢的工作温度不应高于300°C。 gb/t20801.2-2020 《工业管道压力管道规范》附录C3。2 和附录 C69.建议在设计和选择材料时应注意双相钢475的脆性和相脆性，因此在选择紧固件时，不应在高温场合使用双相钢。
另外，双相不锈钢紧固件一般采用950固溶退火退火以解除应力，因为低于950，马氏体组织会逐渐析出脆性相，这与奥氏体不锈钢不同，奥氏体不锈钢通常在600 800进行热处理以解除应力。
螺丝君的经验与总结
双相不锈钢是一种非常好的耐腐蚀材料，因为它具有高强度和优异的机械性能。 但是，由于其相对较高的**，它通常只用于实际应用中的特殊场合。 如果需要长期储存或运输含有酸性或碱性溶液的压力容器，可以选择不锈钢紧固件作为主要材料。 在选择压力容器中不锈钢紧固件的材料时，需要考虑其适用范围、成本效益以及与其他材料的相互作用等问题。 只有在考虑了多种因素后才能做出最佳选择。
螺丝君认为，国内外对不锈钢和耐热钢材料的研究已经取得了一些进展，但仍有一些问题需要进一步解决。 未来的研究方向应该更加关注如何提高紧固件的使用寿命和安全性能？ 同时，加强结合实际工程实践的工作，为工业生产提供更可靠的技术支撑。
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