雙相不銹鋼的種類、牌號(hào)、性能特點(diǎn)、及焊接特點(diǎn)介紹
雙相不銹鋼的種類、牌號(hào)、性能特點(diǎn)、及焊接特點(diǎn)介紹
雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無(wú)室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
雙相不銹鋼種類及牌號(hào)：
第一類屬低合金型，代表牌號(hào)UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），鋼中不含鉬，PREN值為24-25，在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替AISI304或316使用。
第二類屬中合金型，代表牌號(hào)是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,PREN值為32-33，其耐蝕性能介于AISI 316L和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。
第三類屬高合金型，一般含25%Cr，還含有鉬和氮，有的還含有銅和鎢，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)UNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N），PREN值為38-39，這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。
第四類屬超級(jí)雙相不銹鋼型，含高鉬和氮，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)UNS S32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）,有的也含鎢和銅,PREN值大于40,可適用于苛刻的介質(zhì)條件,具有良好的耐蝕與力學(xué)綜合性 能，可與超級(jí)奧氏體不銹鋼相媲美。
雙相不銹鋼性能特點(diǎn)：由于兩相組織的特點(diǎn)，通過(guò)正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，正是這些優(yōu)越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展迅速，80年代以來(lái)已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個(gè)鋼類。
雙相不銹鋼有以下性能特點(diǎn)：
（1）含鉬雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60°C以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質(zhì)中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設(shè)備都存在著產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。
（2）含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當(dāng)量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）時(shí)，雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI 316L相當(dāng)。含25%Cr的，尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過(guò)了AISI 316L。
（3）具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質(zhì)的條件下，適用于制作泵、閥等動(dòng)力設(shè)備。
（4）綜合力學(xué)性能好。有較高的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達(dá)到25%，韌性值A(chǔ)K（V型槽口）在100J以上。
（5）可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可與18-8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。
（6）含低鉻（18%Cr）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬，抗力小，可不經(jīng)過(guò)鍛造，直接軋制開坯生產(chǎn)鋼板。含高鉻（25%Cr）的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可以生產(chǎn)板、管和絲等產(chǎn)品。
（7）冷加工時(shí)比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大，在管、板承受變形初期，需施加較大應(yīng)力才能變形。
（8）與奧氏體不銹鋼相比，導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合用作設(shè)備的襯里和生產(chǎn)復(fù)合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。
（9）仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300°C的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。
用途：用于煉油、化肥、造紙、石油、化工等耐海水耐高溫濃硝酸等熱交換器和冷淋器及器件。
雙相不銹鋼的焊接特點(diǎn)：
雙相不銹鋼其焊接特點(diǎn)如下：雙相不銹鋼在正常固溶處理(1020℃～1100℃加熱并水冷)后,鋼中含有大約50%～60%奧氏體和50%～40%鐵素體組織。隨著加熱溫度的提高，兩相比例變化并不明顯。
雙相不銹鋼具有良好的低溫沖擊韌性，如20mm厚的板材橫向試樣在-80℃時(shí)沖擊吸收功可達(dá)100J以上。在大多數(shù)介質(zhì)中其耐均勻腐蝕性能和耐 點(diǎn)腐蝕性能均較好，但要注意，該類鋼在低于950℃熱處理時(shí)，由于σ相的析出，其耐應(yīng)力腐蝕性能將顯著變壞。由于該鋼Cr當(dāng)量與Ni當(dāng)量比值適當(dāng)，在高溫 加熱后仍保留有較大量的一次奧氏體組織,又可使二次奧氏體在冷卻過(guò)程中生成,結(jié)果鋼中奧氏體相總量不低于30%～40%因而使鋼具有良好的耐晶間腐蝕性 能。
另外，如前所述，在焊接這種鋼時(shí)裂紋傾向很低，不須預(yù)熱和焊后熱處理。由于母材中含有較高的N，焊接近縫區(qū)不會(huì)形成單相鐵素體區(qū)，奧氏體含量一般不低于30%。適用的焊接方法有鎢極氬弧焊和焊條電弧焊等，一般為了防止近縫區(qū)晶粒粗化，施焊時(shí)，應(yīng)盡量使用低的線能量焊接。
影響雙相不銹鋼焊接質(zhì)量的因素主要體現(xiàn)在以下幾方面：
含 N 量的影響：Gómez de Salazar JM等人研究了保護(hù)氣體中 N2的不同含量對(duì)雙相不銹鋼性能的影響。結(jié)果表明，隨著混合氣體中 N2分壓 PN2的增加，焊縫中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(N)開始迅速增加，然后變化很小，焊縫中的鐵素體相 含量φ(α)隨ω(N)增加呈線性下降，但φ(α)對(duì)抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響與ω(N)的影響剛好相反。同樣的鐵素體相含量φ(α)，母材的抗拉強(qiáng)度和伸 長(zhǎng)率均高于焊縫。這是由于顯微組織的不同所造成的。雙相不銹鋼焊縫金屬中含 N 量提高后可以改善接頭的沖擊韌性，這是由于增加了焊縫金屬中的γ相含量，以及減少了Cr2N 的析出。
焊接熱輸入的影響：與焊縫區(qū)不同，焊接時(shí)熱影響區(qū)的ω(N)是不會(huì)發(fā)生變化的，它就是母材的ω(N)，所以此時(shí)影響組織和性能的主要因素是焊接時(shí)的熱輸入。根據(jù)文獻(xiàn)，焊接時(shí)應(yīng)選擇合適的線能量。焊接時(shí)如果熱輸入太大，焊縫熱影響區(qū)范圍增大，金相組織也趨于晶粒粗大、紊亂，造成脆化，主要表現(xiàn)為焊接接頭的塑性指標(biāo)下降。如焊接熱輸入太小，造成淬硬組織并易產(chǎn)生裂紋，對(duì)HAZ的沖擊韌性同樣不利。此外，凡影響冷卻速度的因素都會(huì)影響到 HAZ 的沖擊韌性，如板厚、接頭形式等。
焊縫的 σ 相脆化：國(guó)外文獻(xiàn)介紹了再熱引起的雙相不銹鋼及其焊縫金屬的σ相脆化問(wèn)題。母材和焊縫金屬的再熱過(guò)程中，先由α相形成細(xì)小的二次奧氏體γ*，然后析出σ 相。結(jié)果表明，脆性開裂都發(fā)生于σ相以及基體與σ相的界面處，對(duì)母材斷口觀察表明，在σ相周圍區(qū)域內(nèi)都為韌窩，由于α相區(qū)寬，大量生成的σ相才會(huì)使韌性降 低，然而在焊縫中α相區(qū)是細(xì)小的，斷口仍表現(xiàn)為脆性斷裂，只要少量的σ相生成就足以引起焊縫金屬韌性的降低，因此，焊縫金屬中的σ相脆化傾向比母材要大得 多。
焊接頭的氫致裂紋：雙相不銹鋼焊接接頭的氫脆通常發(fā)生于α相，且氫脆的敏感性隨焊接時(shí)峰值溫度的升高而增加。其微觀組織的變化為：峰值溫度增加，γ相含量減少，α相含量增加，同時(shí)由α相邊界和內(nèi)部析出的Cr2N 量增加，故極易發(fā)生氫脆。
接頭的應(yīng)力腐蝕開裂：母材和焊縫金屬中的裂紋都起始于α/γ界面的α相一側(cè)，并在α相內(nèi)擴(kuò)展。奧氏體（γ）由于其固有的低氫脆敏感性，因此，可起到阻擋裂紋擴(kuò)展的作用。由于DSS 中含有一定量的奧氏體，所以其應(yīng)力腐蝕開裂傾向性較小。
焊接頭的點(diǎn)蝕問(wèn)題：耐點(diǎn)蝕是雙相不銹鋼的一個(gè)重要特性，與其化學(xué)成分和微觀組織有著密切關(guān)系。點(diǎn)蝕一般產(chǎn)生于α/γ界面，因此被認(rèn)為是產(chǎn)生于γ相和α相之間的γ* 相。這意味著γ*相中的含Cr量低于γ相。γ*相與γ相的成分不同，是由于γ* 相中 的Cr 和Mo含量低于初始γ相中的Cr、Mo含量。進(jìn)一步研究表明，含N量較低的鋼，其點(diǎn)蝕電位對(duì)冷卻速度較為敏感。因此，在焊接含 N 量較低的雙相不銹鋼時(shí)，對(duì)冷卻速度的控制要求更加嚴(yán)格。在雙相不銹鋼焊接過(guò)程中，合理控制焊接線能量是獲得高質(zhì)量雙相不銹鋼接頭的關(guān)鍵。線能量過(guò)小，焊縫 金屬及熱影響區(qū)的冷卻速度過(guò)快，奧氏體來(lái)不及析出，從而使組織中的鐵素體相含量增多；如線能量過(guò)大，盡管組織中能形成足量的奧氏體，但也會(huì)引起熱影響區(qū)內(nèi)的鐵素體晶粒長(zhǎng)大以及σ相等有害相的析出。一般情況下，焊條電弧焊（Shieded Metal Arc Welding，SMAW）、鎢極氬弧焊（Gas Tungsten Arc Welding，GTAW）、藥芯焊絲電弧焊（Flux-Cored WireArc Welding，F(xiàn)CAW）和等離子弧焊（Plasma Arc Welding，PAW）等焊接方法均可用于雙相不銹鋼的焊接，且在焊前一般不需要采取預(yù)熱措施，焊后也不需進(jìn)行熱處理。
