雙相不銹鋼

自1927年發(fā)現(xiàn)雙相組織，雙相不銹鋼已發(fā)展了三代。第一代雙相不銹鋼以AISI329鋼為代表，含高鉻、鉬，耐局部腐蝕性能好，但含碳量較高([0.1%)。第一代雙相不銹鋼有良好的性能特點，但在焊接狀態(tài)下有局限性。焊縫的熱影響區(qū)由于鐵素體過多而韌性低，并且耐腐蝕性明顯低于基體金屬，僅用于非焊接狀態(tài)下的一些特定應(yīng)用。

隨著氬氧脫碳的精煉工藝的的發(fā)明，含氮的雙相不銹鋼被稱為第二代不銹鋼。大多數(shù)屬超低碳型，并且含有鉬、銅或硅等提高耐蝕性的元素。代表為牌號SAF2205。

第三代雙相不銹鋼為超級雙相不銹鋼，牌號有SAF2507、UR52N+、Zeron100等，這類鋼的特點是含碳量低，含高鉬和氮，鐵素體含量40~45%，有優(yōu)良的耐孔蝕性能。

在鐵基固溶體組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，但最少相的含量必須達(dá)到30%以上的鋼稱雙相不銹鋼。奧氏體接頭有良好的塑性和韌性，但是導(dǎo)熱性能差，線膨脹系數(shù)大，焊接應(yīng)力和變形都比較大；普通鐵素體不銹鋼導(dǎo)熱性能和線膨脹系數(shù)都小于奧氏體不銹鋼，并且有較高的強(qiáng)度及耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能，但是塑性較差，并存在475℃脆化和δ相析出脆化以及高溫晶粒粗化脆化現(xiàn)象。雙相不銹鋼的開發(fā)正是集中了奧氏體和鐵素體的優(yōu)點并最大限度地減少了兩相的缺點。性能最好的雙相不銹鋼成分是鐵素體的含量在60%-40%，奧氏體的含量在40%-60%之間，任何一種機(jī)體的大幅度減少都會造成雙相鋼的性能減弱。

雙相不銹鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能

部分奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼的典型化學(xué)成分對比（約數(shù)值）

雙相不銹鋼典型鋼種的室溫力學(xué)性能

雙相不銹鋼力學(xué)性能的影響因素主要有合金元素、晶粒度以及相比例等。雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度是奧氏體不銹鋼的2～3倍，SAF2507鋼的屈服強(qiáng)度比其他雙相不銹鋼的高原因在于氮元素的強(qiáng)化作用。而在奧氏體不銹鋼的內(nèi)部晶粒之間有更多的滑移面，所以它的延伸率明顯高于雙相不銹鋼。在雙相鋼中的主要合金元素Cr、 Ni、 Mo、 N等對鋼的各項性能都起到了很重要的作用。雙相不銹鋼的晶粒度對其屈服強(qiáng)度和韌性起重要作用。細(xì)小的晶粒使鋼材具有較高的屈服強(qiáng)度和韌性。而晶粒度的增加也會引起脆性轉(zhuǎn)變溫度的升高，例如IN-744鋼，當(dāng)晶粒尺寸由2μm增加到25μm時，脆性轉(zhuǎn)變溫度大約由-130℃上升至-45℃，所以晶粒度的增加會降低鋼材的低溫沖擊韌性。

雙相不銹鋼接頭的耐腐蝕性能

雙相不銹鋼不僅有很好的力學(xué)性能，而且還具有十分優(yōu)異的耐點蝕、耐應(yīng)力腐蝕、耐腐蝕疲勞等性能。它的接頭也有很好的耐點蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕開裂性能，晶間腐蝕性能也不低于母材，但抗H2S應(yīng)力腐蝕開裂能力較差。接頭耐蝕性最不良的地方是近縫區(qū)（HAZ），主要原因是近縫區(qū)析出第二相（鉻的氮化物）形成了“貧鉻”層所導(dǎo)致。

1 點蝕和縫隙腐蝕 

雙相不銹鋼的抗點蝕和縫隙腐蝕能力主要由Cr、Mo和Ni元素含量決定，用來衡量這種抗腐蝕性能的指數(shù)就是PREN值（抗點蝕當(dāng)量），PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%。抗點蝕當(dāng)量 PREN的計算式定量地描述了Cr、Mo、N元素對它的影響。公式只考慮了Cr、Mo、N的作用，沒有考慮組織的不均勻和析出相的影響。選擇合適的固溶處理溫度使兩相分別具有相當(dāng)?shù)腜REN值，才能使鋼具有最佳的耐點蝕性能。

2  應(yīng)力腐蝕 

雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比普通不銹鋼高，所以產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的臨界應(yīng)力值也高；鋼中第二相的存在對裂紋的擴(kuò)展起機(jī)械屏障作用，延長了裂紋的擴(kuò)展期；在中性氯化物介質(zhì)中，不銹鋼多以點蝕為SCC的裂源，而雙相不銹鋼的成分和組織特點使點蝕不易形成，延長了點蝕的孕育期。所以抗雙相不銹鋼抗SCC能力很強(qiáng)。各種不銹鋼和雙相鋼的SCC敏感性還與溫度和氯化物的濃度有關(guān)，在較寬的氯離子濃度范圍內(nèi)SCC是否發(fā)生取決于溫度。

3 耐腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是由于腐蝕和循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用而引起的一種腐蝕形態(tài)，所受的應(yīng)力大部分循環(huán)應(yīng)力。當(dāng)循環(huán)應(yīng)力比較小而腐蝕介質(zhì)較強(qiáng)時，腐蝕疲勞源往往產(chǎn)生于表面區(qū)的非金屬夾雜上，這又是產(chǎn)生局部腐蝕的地方，而對于雙相不銹鋼尤其是高鉻雙相不銹鋼來說，既具備了很高的抗局部腐蝕的能力又有很高的強(qiáng)度，所以雙相不銹鋼的抗腐蝕疲勞能力也很強(qiáng)。

由于雙相不銹鋼既有良好的耐腐蝕性又有很高的硬度，所以它的在磨損腐蝕性能也很好。經(jīng)過實踐許多例子證明雙相不銹鋼的耐晶間腐蝕、耐均勻腐蝕等方面都有很優(yōu)異的性能。

雙相不銹鋼使用的局限性

與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：

1 應(yīng)用的普遍性和多面性不如不銹鋼，并且使用溫度必須控制在-50℃～250℃。

2 塑性比奧氏體不銹鋼低，冷、熱加工 工藝和成型性能稍差。

3 存在中溫脆性區(qū)，需要嚴(yán)格控制熱處理和焊接工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，否則損害性能。

雙相不銹鋼的焊接

雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，熱裂傾向小，焊接時不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，與奧氏體不銹鋼焊接相比較，焊縫的熱裂紋傾向低；與鐵素體不銹鋼焊接相比較，焊接接頭焊后的狀態(tài)的脆化程度低；而且焊接熱影響區(qū)中（HAZ）單相鐵素體相的粗化程度也較低。

雙相不銹鋼的焊接關(guān)鍵是要使焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)（HAZ）均保持有適量的鐵素體和奧氏體的組織。

2205（ASTM A240-00 UNS S31803）焊接工藝評定各項數(shù)據(jù)，采用焊絲ER2209（SANDVIK）。

鋼板、焊絲以及焊縫主要化學(xué)成分