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DuplexSAF2205：双相不锈钢双相不锈钢（DuplexStainlessSteel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，，一般较少相的含量最少也需要达到3O%的不锈钢。双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。双相不锈钢具有良好的焊接性能，与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比，它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低，也不像奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。双相不锈钢由于其特殊的优点，广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域，近年来也被研究用于桥梁承重结构领域，具有很好的发展前景。双相不锈钢与奥氏体以及铁素体不锈钢的比较所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量也许要达到30%。由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（1）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。（2）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。（3）在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。（4）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。（5）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。（6）不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：（1）应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。（2）其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。（3）存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（1）综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。（2）除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。（3）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。（4）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。（5）应用范围较铁素体不锈钢宽。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。综上所述，可以概括地看出DSS的使用性能和工艺性能的概貌，它以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。双相不锈钢为什么称双相？奥氏体+铁素体双相不锈钢是指不锈钢中既有奥氏体又有铁素体组织结构的钢种，而且此二相组织要独立存在，含量都较大，一般认为最少相的含量应大于15%。而实际工程中应用的奥氏体+铁素双相不锈钢（习惯称α+γ双相不锈钢或双相不锈钢）多以奥氏体为基并含有不小于30%的铁素体，最常见的是两相各约占50%的双相不锈钢。双相不锈钢英文简写是DSS(DuplexStainlessSteel)。由于具有α+γ双相组织结构，双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。与铁素体不锈钢相比，α+γ双相不锈钢的韧性高，脆性转变温度低。耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高；同时又保留了铁素体不锈钢的一些特点，如4750C脆性、导热系数高、线膨胀系数小、具有超塑性、有磁性等。与奥氏体不锈钢相比，α+γ双相不锈钢的强度高，特别是屈服强度显著提高，且耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能有明显的改善。α+γ双相不锈钢又分为Cr-Ni型和Cr-Mn-N型。目前实际工程最常用的α+γ双相不锈钢是Cr-Ni型，可分为四类，低合金型、中合金型、高合金型及超级双相不锈钢型，见表1-5。α+γ双相不锈钢的性能主要受α和γ相比例影响，研究结果表明：α和γ相各占50%时，α+γ双相不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能。在平衡状态下，α+γ双相不锈钢两相比例主要是由钢中合金元素的含量来决定的即由铬当量（Creq）和镍当量（Nieq）来决定的。如图1-7，当双相不锈钢加热温度足够时，就会发生γ-α转变，当达到1200~1300OC时，某些钢种可以呈现单相铁素体，急冷时会出现单相铁素体，冷却速度较慢时，析出的奥氏体量仍有可能不完全。在重新热处理后，新析出的奥氏体称为二次奥氏体γ2,析出速度相当快，其形态呈针状呈羽毛状。二次奥氏体量随回火温度的提高和保温时间的延长而逐渐增加，而且体积也长大，这种状态的α+γ双相组织一般比较粗大，性能不好。当加热温度低于10500C时，碳化物可在α-γ相界上形成，由于有相对高铬的铁素体供铬，相对高碳的奥氏体供碳，最易形成Cr23C6型碳化物。碳化物的长大消耗了相邻区域的铬量，加之铬在铁素体中的扩散速度很快，于是，这部分原来为铁素体随即转变为奥氏体，这样便形成了碳化物和奥氏体的聚集区。由于双相不锈钢绝大部分为超低碳，所以能析出的碳化物有限，尚不足以在α-γ晶间（相界）上形成网状碳化物。因此，对超低碳双相不锈钢而言，一般不必担心碳化物析出带来的危害。合金元素的含量直接影响到双相不锈钢的相比例和有关性能。Ni的主要作用是调整双相不锈钢有一个合理的相比例。N是强烈形成奥氏体的元素，在双相不锈钢中，高温时N稳定奥氏体的能力也比Ni大，N还能提高双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能。Cr是保证双相不锈钢有合理相比例的主要铁素体形成元素，随着Cr含量的增加，双相不锈钢耐蚀性也提高.Mo是铁素体形成元素，Mo能提高双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能，但Mo含量较高时，会增加钢的脆性。W是铁素体形成元素，W能提高双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能。Cu能提高钢在还原性介质中的耐蚀性。在氯化物环境中影响孔蚀主要合金元素是CrMo和N，为了描述合金元素含量与腐蚀性能之间的关系，学者们建立了数学关系式，其中应用最普遍的是称之为孔蚀力当量值（PRE）或称孔蚀指数的数学关系式：PRE(PREN)=%Cr+3.3x%Mo+Xx%N（其中X=10~30，通常X=16）此关系式只考虑CrMo和N的影响时，可表示为PREN;随后又建立了考虑其他元素的数学关系式。考虑W的影响时，表示为PREW；考虑Mn的影响时，表示为PREMn；考虑SP的影响时，表示为PRE(S+P)。PREW=%Cr+3.3X(%MO+0.5%w)+16x%NPREMn=%Cr+3.3x%Mo+30x%N-%MnPRE(S+P)=%Cr+3.3x%Mo+30x%N-123X%(S+P)这此关系式给出了一个快捷的评估孔蚀抗力的方法。双相不锈钢的国内外应用双相不锈钢已实用化多年，尤其是当代超低碳含氮双相不锈钢克服了焊接方面的一些问题，结合双相不锈钢所具有的耐局部腐蚀和综合力学性能好的一些优点，为焊接结构材料的大量推广应用创造了条件，近年市场销售量增加很快，加之随着超级双相不锈钢的步入市场，扩大了在一些苛刻介质中的应用，使双相不锈钢的应用范围不断拓宽，也积累了不少实际使用经验，为双相不锈钢的选用和新钢种的开发进一步创造了条件。双相不锈钢既有一般不锈钢的共性，也有他本身的特性规律，因此，在双相不锈钢的合理选用方面，除了必须遵循一般不锈钢的选用需要考虑的各种因素外，还需要考虑双相不锈钢的特性规律。本讲座将就双相不锈钢安全使用的几点限制和特殊要求以及在主要领域中的国内外应用作一介绍，其中涉及一些在使用中的失效事例分析，以求有助于双相不锈钢的正确选用。1.双相不锈钢安全使用的几点限制和要求①需要对相比例进行控制，最合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半，其中某一相的数量最多不能超过65%，这样才能保证有最佳的综合性能。如果两相比例失调，例如铁素体相数量过多，很容易在焊接HAZ形成单相铁素体，在某些介质中对应力腐蚀破裂敏感。②需要掌握双相不锈钢的组织转变规律，熟悉每一个钢种的TTT和CCT转变曲线，这是正确指导制定双相不锈钢热处理，热成型等工艺的关键，双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。③双相不锈钢的连续使用温度范围为-50～250℃，下限取决于钢的脆性转变温度，上限受到475℃脆性的限制，上限温度不能超过300℃。④双相不锈钢固溶处理后需要快冷，缓慢冷却会引起脆性相的析出，从而导致钢的韧性，特别是耐局部腐蚀性能的下降。⑤高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度不能低于950℃，超级双相不锈钢不能低于980℃低铬钼双相不锈钢不能低于900℃，避免因脆性相的析出在加工过程造成表面裂纹。⑥不能使用奥氏体不锈钢常用的650-800℃的消除应力处理，一般采用固溶退火处理。对于在低合金钢的表面堆焊双相不锈钢后，需要进行600-650℃整体消应处理时，必须考虑到因脆性相的析出所带来的韧性和耐腐蚀性，尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题，尽可能缩短在这一温度范围内的加热时间。低合金钢和双相不锈钢复合板的热处理问题也要同此考虑。⑦需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律，不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接，双相不锈钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系，一些设备的失效往往与焊接有关。关键在于线能量和层间温度的控制，正确选择焊接材料也很重要。焊接接头（焊缝金属和焊接HAZ）的两相比例，尤其是焊接HAZ维持必要的奥氏体数量，这对保证焊接接头具有与母材同等的性能很重要。多层焊的有利，不能采用过低的线能量，TIG焊时必须填丝等?这些都是有别于奥氏体不锈钢的焊接。⑧在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时，要注意钢的耐腐蚀性总是相对的，尽管双相不锈钢有较好的耐局部腐蚀性能，就某一个双相不锈钢而言，他也是有一个适用的介质条件范围，包括温度、压力、介质浓度、pH值等，需要慎重加以选择。从文献和手册中获取的数据很多是实验室的腐蚀试验结果，往往与工程的实际条件有差距，因此在选材时需要注意，必要时需要进行在实际介质中的腐蚀试验或是现场条件下的挂片试验，甚至模拟装置的试验。2.中性氯化物环境在加工工业中经常使用含有少量氯离子的淡水作为冷却水,导致在使用304L,316L等奥氏体不锈钢时,有产生应力腐蚀破裂(SCC)的危险,这方面的损坏事例是相当多的,而双相不锈钢正是可以代替常用的奥氏体不锈钢解决这一问题,尤其适用于由孔蚀引起的SCC场合.影响氯化物SCC的主要因素是:①在特殊环境---材料组合的条件下,产生SCC的临界应力.②介质的浓度,pH值,介质氧化还原的性质,特别是溶氧或其他氧化杂质.③温度:随温度升高,SCC倾向加重,产生SCC的临界温度值是重要的参数,但也不是绝对的,还受其他因素的制约,例如通常认为60℃是300系不锈钢的SCC临界温度,但是在pH值很低的情况下,316钢可以在远低于60℃就发生SCC.正是由于影响SCC的因素复杂,因此,在考虑双相不锈钢的使用条件时,除了实验室的各种SCC数据和性能曲线外,值得重视的是实际使用的经验极其与实验室的SCC数据的对比与汇总.瑞典针对在通气的中性氯化物溶液中大量使用的SAF2304,SAF2205以及Sanico28钢作了氯离子浓度与温度关系的汇总图.温度是一个很重要的参数，在较宽的Clˉ浓度范围内SC