双相不锈钢全面介绍

双相不锈钢

    自1927年发现双相组织，双相不锈钢已发展了三代。第一代双相不锈钢以AISI329钢为代表，含高铬、钼，耐局部腐蚀性能好，但含碳量较高([0.1%)。第一代双相不锈钢有良好的性能特点，但在焊接状态下有局限性。焊缝的热影响区由于铁素体过多而韧性低，并且耐腐蚀性明显低于基体金属，仅用于非焊接状态下的一些特定应用。


    随着氩氧脱碳的精炼工艺的的发明，含氮的双相不锈钢被称为第二代不锈钢。大多数属超低碳型，并且含有钼、铜或硅等提高耐蚀性的元素。代表为牌号SAF2205。

    第三代双相不锈钢为超级双相不锈钢，牌号有SAF2507、UR52N+、Zeron100等，这类钢的特点是含碳量低，含高钼和氮，铁素体含量40~45%，有优良的耐孔蚀性能。

    在铁基固溶体组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，但最少相的含量必须达到30%以上的钢称双相不锈钢。奥氏体接头有良好的塑性和韧性，但是导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形都比较大；普通铁素体不锈钢导热性能和线膨胀系数都小于奥氏体不锈钢，并且有较高的强度及耐氯离子应力腐蚀性能，但是塑性较差，并存在475℃脆化和δ相析出脆化以及高温晶粒粗化脆化现象。双相不锈钢的开发正是集中了奥氏体和铁素体的优点并最大限度地减少了两相的缺点。性能最好的双相不锈钢成分是铁素体的含量在60%-40%，奥氏体的含量在40%-60%之间，任何一种机体的大幅度减少都会造成双相钢的性能减弱。





C

Cr

Ni

Mo

N


奥氏体

308L

0.03

20

10

----

----

20

316L

0.03

18

12

2

----

25

双相不锈钢

2205

0.03

22

5

3

0.15

34

255

0.03

25

6

3

0.20

38

2507

0.03

25

7

4

0.25

42

双相不锈钢典型钢种的室温力学性能

钢种

标准

牌号

σ0.2/MPa

σb/Mpa

δ5/%

AK/J

AISI304

UNS  S30400

210

515～690

45

＞300

AISI430

UNS  S43000

205

450

20


SAF2304

UNS  S32304

400

600～820

25

300

SAF2205

UNS  S31803

450

680～880

25

250

SAF2507

UNS  S32750

550

800～1000

25

230

    双相不锈钢力学性能的影响因素主要有合金元素、晶粒度以及相比例等。双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的2～3倍，SAF2507钢的屈服强度比其他双相不锈钢的高原因在于氮元素的强化作用。而在奥氏体不锈钢的内部晶粒之间有更多的滑移面，所以它的延伸率明显高于双相不锈钢。在双相钢中的主要合金元素Cr、 Ni、 Mo、 N等对钢的各项性能都起到了很重要的作用。双相不锈钢的晶粒度对其屈服强度和韧性起重要作用。细小的晶粒使钢材具有较高的屈服强度和韧性。而晶粒度的增加也会引起脆性转变温度的升高，例如IN-744钢，当晶粒尺寸由2μm增加到25μm时，脆性转变温度大约由-130℃上升至-45℃，所以晶粒度的增加会降低钢材的低温冲击韧性。

双相不锈钢接头的耐腐蚀性能

    双相不锈钢不仅有很好的力学性能，而且还具有十分优异的耐点蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能。它的接头也有很好的耐点蚀和耐氯化物应力腐蚀开裂性能，晶间腐蚀性能也不低于母材，但抗H2S应力腐蚀开裂能力较差。接头耐蚀性最不良的地方是近缝区（HAZ），主要原因是近缝区析出第二相（铬的氮化物）形成了“贫铬”层所导致。

1 点蚀和缝隙腐蚀

    双相不锈钢的抗点蚀和缝隙腐蚀能力主要由Cr、Mo和Ni元素含量决定，用来衡量这种抗腐蚀性能的指数就是PREN值（抗点蚀当量），PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%。抗点蚀当量 PREN的计算式定量地描述了Cr、Mo、N元素对它的影响。公式只考虑了Cr、Mo、N的作用，没有考虑组织的不均匀和析出相的影响。选择合适的固溶处理温度使两相分别具有相当的PREN值，才能使钢具有最佳的耐点蚀性能。

2  应力腐蚀

    双相不锈钢的屈服强度比普通不锈钢高，所以产生应力腐蚀开裂（SCC）的临界应力值也高；钢中第二相的存在对裂纹的扩展起机械屏障作用，延长了裂纹的扩展期；在中性氯化物介质中，不锈钢多以点蚀为SCC的裂源，而双相不锈钢的成分和组织特点使点蚀不易形成，延长了点蚀的孕育期。所以抗双相不锈钢抗SCC能力很强。各种不锈钢和双相钢的SCC敏感性还与温度和氯化物的浓度有关，在较宽的氯离子浓度范围内SCC是否发生取决于温度。

3 耐腐蚀疲劳

    腐蚀疲劳是由于腐蚀和循环应力的联合作用而引起的一种腐蚀形态，所受的应力大部分循环应力。当循环应力比较小而腐蚀介质较强时，腐蚀疲劳源往往产生于表面区的非金属夹杂上，这又是产生局部腐蚀的地方，而对于双相不锈钢尤其是高铬双相不锈钢来说，既具备了很高的抗局部腐蚀的能力又有很高的强度，所以双相不锈钢的抗腐蚀疲劳能力也很强。

    由于双相不锈钢既有良好的耐腐蚀性又有很高的硬度，所以它的在磨损腐蚀性能也很好。经过实践许多例子证明双相不锈钢的耐晶间腐蚀、耐均匀腐蚀等方面都有很优异的性能。

图片

双相不锈钢使用的局限性

    与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：

    1 应用的普遍性和多面性不如不锈钢，并且使用温度必须控制在-50℃～250℃。

    2 塑性比奥氏体不锈钢低，冷、热加工 工艺和成型性能稍差。

    3 存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接工艺制度，以避免有害相的出现，否则损害性能。

双相不锈钢的焊接

    双相不锈钢具有良好的焊接性能，热裂倾向小，焊接时不需预热，焊后不需热处理，与奥氏体不锈钢焊接相比较，焊缝的热裂纹倾向低；与铁素体不锈钢焊接相比较，焊接接头焊后的状态的脆化程度低；而且焊接热影响区中（HAZ）单相铁素体相的粗化程度也较低。

    双相不锈钢的焊接关键是要使焊缝金属和焊接热影响区（HAZ）均保持有适量的铁素体和奥氏体的组织。

    2205（ASTM A240-00 UNS S31803）焊接工艺评定各项数据，采用焊丝ER2209（SANDVIK）。

双相不锈钢是一种结合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢特点的材料。这类不锈钢在铁基固溶体组织中，铁素体相和奥氏体相各占约一半，最少相的含量达到30%以上。具有良好的耐腐蚀性和力学性能，尤其是高抗蚀性和强度。双相不锈钢的发展经历了三个阶段：

1. 第一代双相不锈钢（如AISI329）：含高铬、钼，良好的局部耐蚀性，但碳含量较高(>0.1%)，焊接性有局限性。
   
2. 第二代双相不锈钢（如SAF2205）：降低了碳含量，增加了氮元素，提高了耐腐蚀性能，同时改善了焊接性。该代表钢种含超低碳，通常含有钼、铜或硅等元素以增强其耐腐蚀性。

3. 第三代双相不锈钢（如SAF2507、UR52N+、Zeron100）：为超级双相不锈钢，具有更低的碳含量和较高的钼和氮含量，铁素体含量在40%-45%之间，展现出极佳的耐孔蚀性能。

双相不锈钢的主要化学组成及室温力学性能表明其良好的性能，其屈服强度可达普通奥氏体不锈钢的2～3倍。双相不锈钢的耐腐蚀性能包括优异的耐点蚀、耐应力腐蚀和耐腐蚀疲劳性能。使用时需要注意，该材料的塑性稍低于奥氏体不锈钢，并且存在中温脆性问题，因而使用温度需要控制在-50℃～250℃。

在焊接方面，双相不锈钢也展现出良好的焊接性能，热裂倾向小，无需预热和焊后热处理。关键是要保持焊接过程中焊缝金属和热影响区的双相组织，通常采用ER2209等焊丝。

总的来说，双相不锈钢适用于要求高强度和优越耐腐蚀性能的领域，例如石油化工、造纸、海洋工程等。但在应用时需要充分考虑其材料特性，特别是焊接和热处理工艺，以确保材料的使用性能。
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谢谢分享

这个一般是钢铁厂比较熟悉啊啊，哈哈taiahol呀，好的额呢