雙相不銹鋼

自1927年發現雙相組織，雙相不銹鋼已發展了三代。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，但在焊接狀態下有局限性。焊縫的熱影響區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，僅用于非焊接狀態下的一些特定應用。

隨著氬氧脫碳的精煉工藝的的發明，含氮的雙相不銹鋼被稱為第二代不銹鋼。大多數屬超低碳型，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，但是導熱性能差，線膨脹系數大，焊接應力和變形都比較大；普通鐵素體不銹鋼導熱性能和線膨脹系數都小于奧氏體不銹鋼，并且有較高的強度及耐氯離子應力腐蝕性能，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象。雙相不銹鋼的開發正是集中了奧氏體和鐵素體的優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。

雙相不銹鋼的化學成分和力學性能

部分奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼的典型化學成分對比（約數值）

雙相不銹鋼典型鋼種的室溫力學性能

雙相不銹鋼力學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度是奧氏體不銹鋼的2～3倍，SAF2507鋼的屈服強度比其他雙相不銹鋼的高原因在于氮元素的強化作用。而在奧氏體不銹鋼的內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度和韌性起重要作用。細小的晶粒使鋼材具有較高的屈服強度和韌性。而晶粒度的增加也會引起脆性轉變溫度的升高，例如IN-744鋼，當晶粒尺寸由2μm增加到25μm時，脆性轉變溫度大約由-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性能，而且還具有十分優異的耐點蝕、耐應力腐蝕、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力腐蝕開裂性能，晶間腐蝕性能也不低于母材，但抗H2S應力腐蝕開裂能力較差。接頭耐蝕性最不良的地方是近縫區（HAZ），主要原因是近縫區析出第二相（鉻的氮化物）形成了“貧鉻”層所導致。

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就是PREN值（抗點蝕當量），PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%。抗點蝕當量 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的PREN值，才能使鋼具有最佳的耐點蝕性能。

2  應力腐蝕 

雙相不銹鋼的屈服強度比普通不銹鋼高，所以產生應力腐蝕開裂（SCC）的臨界應力值也高；鋼中第二相的存在對裂紋的擴展起機械屏障作用，延長了裂紋的擴展期；在中性氯化物介質中，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。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，在較寬的氯離子濃度范圍內SCC是否發生取決于溫度。

3 耐腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是由于腐蝕和循環應力的聯合作用而引起的一種腐蝕形態，所受的應力大部分循環應力。當循環應力比較小而腐蝕介質較強時，腐蝕疲勞源往往產生于表面區的非金屬夾雜上，這又是產生局部腐蝕的地方，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度，所以雙相不銹鋼的抗腐蝕疲勞能力也很強。

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，需要嚴格控制熱處理和焊接工藝制度，以避免有害相的出現，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的脆化程度低；而且焊接熱影響區中（HAZ）單相鐵素體相的粗化程度也較低。

雙相不銹鋼的焊接關鍵是要使焊縫金屬和焊接熱影響區（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據，采用焊絲ER2209（SANDVIK）。

鋼板、焊絲以及焊縫主要化學成分