双相不锈钢的运用日益广泛，为了协助用户更好地知道、挑选、加工和运用这类不锈钢，本文将介绍了双相不锈钢的各种特性，并环绕双相不锈钢运用的难点之一加工和焊接，给出加工和焊接双相不锈钢的基本原则和实用信息。

  双相不锈钢力学功能优异，规范双相不锈钢商标的力学功能见表A。它们在固溶退火状况下的室温屈从强度是未增加氮的规范奥氏体不锈钢的两倍多，这样设计师在某些运用中就可减小壁厚 。图B比较了室温到300℃ (570℉) 温度区间几种双相不锈钢与316L奥氏体不锈钢屈从强度。因为铁素体相有475℃ (885℉) 脆性的风险，所以双相不锈钢不该长期用于温度高于压力容器设计规范规则的条件 (见表2)。

  锻轧双相不锈钢的力学功能是高度各向异性的，即功能随测验样品的方向而改变。这种各向异性是由拉长了的晶粒和热轧或冷轧产生的晶体织构构成的 (见图2)。虽然双相不锈钢的凝结安排一般是各向同性的，但它经过轧制或铸造及后续的退火，安排中存在两相。终究产品两相的描摹提醒出加工的方向性，双相不锈钢垂直于轧制方向的强度比沿轧制方向的强度高。冲击试样的缺口垂直于轧制方向时的冲击耐性高于沿轧制方向时。试样“纵向” (L－T) 夏比冲击试样测得的耐性高于其他方向的试验成果。一个双相不锈钢板横向试样的冲击功一般相当于一个纵向试样的1/2至2/3。

  虽然双相不锈钢强度高，但它们表现出杰出的塑性和耐性。双相不锈钢的耐性和延展性显着优于铁素体不锈钢和碳钢，即便在很低的温度如－40℃/F下仍坚持杰出的耐性。但还达不到奥氏体不锈钢的优异程度。

  可是双相不锈钢的耐性和塑性一般比奥氏体不锈钢差。奥氏体不锈钢一般没有塑性－脆性改变，在低至深冷温度的条件下仍坚持优异的耐性。表D给出了规范奥氏体不锈钢和双相不锈钢在拉伸试验中最小延伸率的比较。

  虽然双相不锈钢的高屈从强度答应厚度减薄，但因为曲折和杨氏模量的约束，在制作过程中也会带来困难。因为双相不锈钢强度较高，其变形需求更大的外力，因而在曲折操作中的回弹比奥氏体不锈钢要大，两种双相不锈钢与316L奥氏体不锈钢回弹的比较见图C。双相不锈钢的延展性比奥氏体不锈钢差，为防止开裂需求增加曲折半径。

  图C 2毫米（0.08英寸）厚的双相不锈钢板与316L奥氏体不锈钢板回弹

  因为双相不锈钢较高的硬度和高加工硬化率，与规范奥氏体不锈钢比较，它降低了机加工操作中东西的寿数或需求更多的机加工次数。在成型或曲折操作之间或许需求退火，因为双相不锈钢的延展性差不多是奥氏体不锈钢的一半。冷加工对2205双相不锈钢力学功能的影响见图E。

  在绝大多数规范奥氏体不锈钢运用的环境中，双相不锈钢都显现出很高的耐腐蚀功能，值得留意的是它们在某些状况下具有十分显着的优势，这是因为它们含铬量高，在氧化性酸中很有利，并且含有满足量的钼和镍，本领中等还原性酸介质的腐蚀。

  双相不锈钢相对较高的铬、钼和氮含量也使它们具有很好的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀功能(大众号:泵管家)，其双相结构在或许产生氯化物应力腐蚀开裂的环境是一个优势。

  假如双相不锈钢的显微安排中含有至少30％的铁素体，则其耐氯化物应力腐蚀开裂的功能远比奥氏体不锈钢304或316好。但铁素体对氢脆灵敏，因而在氢有或许进入金属、导致氢脆的环境或运用中，双相不锈钢不具备较高的耐蚀性。

  为了阐明双相不锈钢在强酸溶液中的耐腐蚀功能，图G给出了在硫酸溶液中的腐蚀数据。介质条件从低酸浓度的弱还原性环境到高浓度的氧化性环境及中等浓度热溶液的强还原性环境。

  2205和2507双相不锈钢在酸浓度最大约15％的溶液中，功能优于许多高镍奥氏体不锈钢；在酸浓度至少为40％的规模内，双相钢优于316或317不锈钢。双相不锈钢在这种含氯化物的氧化性酸中也很有用。

  双相不锈钢的含镍量不足以耐受中等浓度硫酸溶液或盐酸的强还原性腐蚀。在还原性环境有酸浓缩的湿/干界面，腐蚀尤其是铁素体的腐蚀就会开端并快速发展。

  双相不锈钢耐氧化性腐蚀的功能使它们成为硝酸设备和强有机酸中优秀的候选资料。

  图G 在不含氧的硫酸中的腐蚀，0.1毫米/年（0.004英寸/年）等腐蚀

  图H显现了在沸点温度下，在50％醋酸和不同含量甲酸的混和溶液中双相不锈钢和奥氏体不锈钢的腐蚀。虽然304和316不锈钢可用于室温文中等温度下的强有机酸介质，但2205和其他双相不锈钢在许多触及高温有机酸的工艺中占优势，并且因为它们耐点蚀和耐应力腐蚀，也可用于卤代烃工艺。

  图H：双相不锈钢和奥氏体不锈钢在50%醋酸和不同含量甲酸的欢腾混合溶液中的腐蚀（来历：Sandvik）

  双相不锈钢的高含铬量和铁素体相的存在使其在碱性介质中具有杰出的功能。在中等温度下，其腐蚀速度低于规范奥氏体不锈钢的腐蚀速度。

  为评论不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀的功能，引进临界点蚀温度这一概念是有用的。关于某一个氯化物环境，每个商标的不锈钢都可用一个温度来描绘其特征，高于此温度则点蚀开端产生，并且24小时之内可发展到肉眼可见的程度。低于此温度则不产生点蚀。这一温度即所谓的临界点蚀温度（CPT）。它是对特定的不锈钢商标和特定环境的表征。因为点蚀的开始产生从计算学上看是随机的，并且CPT对商标或产品的细小改变灵敏，因而，关于不同商标的不锈钢，其CPT一般以一个温度规模来标明。但是，选用ASTM G 1501规范介绍的研讨办法，有或许经过电化学丈量法来精确和可靠地测定CPT。

  缝隙腐蚀常常产生在接头垫圈部位，沉积物的下面以及螺栓衔接的缝隙处。缝隙腐蚀也有一个相似的临界温度。临界缝隙腐蚀温度（CCT）取决于不锈钢试样、氯化物环境和缝隙的特性（紧密度，长度等）。因为缝隙的几许形状以及实践中很难再现相同缝隙的尺度，CCT的丈量数据要比CPT更涣散。关于相同的钢种和腐蚀环境，CCT往往比CPT低15～20℃(27～36℉）。

  双相不锈钢的高铬、钼和氮含量使其在含水环境中具有十分好的耐氯离子部分腐蚀的功能。依据合金含量的不同，某些双相不锈钢商标已跻身于功能最好的不锈钢之列。因为双相不锈钢的铬含量相对较高，所以具有高耐腐蚀性并且十分经济。

  图9给出了依照ASTM G 482（6% FeCl3）测定的固溶退火状况下各种不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀功能的比较。资料焊接状况下的临界温度要低一些。临界点蚀或缝隙腐蚀温度越高，则标明资料耐腐蚀开始产生的才干越高。2205不锈钢的CPT和CCT都显着高于316不锈钢。这使2205钢成为用处广泛的资料，适用于因蒸腾导致氯离子浓缩的环境，例如热交换器的蒸汽空间或保温层的下面。2205双相钢的CPT还标明它可用在碱水和脱气盐水中。它还成功地用于脱气海水中，在这些运用中，经过高流速的海水或用其他办法使钢的外表没有沉积物。在严苛的海水运用环境中，如薄壁热交换器管，或外表有沉积物或有缝隙时，2205不锈钢没有满足的耐缝隙腐蚀才干。但是，CCT高于2205的高合金化双相不锈钢如超级双相不锈钢和特超级双相不锈钢，现已用于许多既要求高强度又要求高耐氯离子腐蚀的严苛海水条件。虽然超级双相不锈钢在较低温度的海水中不产生腐蚀，但其在高温下的运用有必定的局限性。特超级双相不锈钢更好的耐腐蚀性将双相不锈钢的运用扩展到强腐蚀性的氯离子环境如高温热带的海水环境尤其是存在缝隙的场合。

  图9：非焊接态奥氏体不锈钢（左）和固溶退火的双相不锈钢（右）的临界点蚀和缝隙腐蚀温度（依照ASTM G48 在6%的三氯化铁溶液中丈量）

  因为CPT与资料和特定环境成函数联系，有或许对单一要素的影响进行研讨。运用依照ASTM G 48 A法确认的CPT，选用回归分析法得出钢的成分（每种元素作为一个独立变量）和测定的CPT（相关变量）的联系。成果显现只需铬、钼、钨和氮对CPT有安稳的影响。联系式如下：

  式中4个合金元素乘以各自的回归常数之和一般被称为耐点蚀当量值（PREN）。不同研讨者给出的氮的系数不同，一般运用16，22和30[8]。可依据PRE值给某一钢类的商标排序，但要留意防止对这一联系式的过火依靠。式中合金元素为“独立变量”，但实践并不真实独立，因为试验的钢是平衡成分。这种联系不是线性或穿插联系，例如铬和钼的协同效果被疏忽。此联系式假定资料的加工呈抱负状况，没有考虑金属间相、非金属相以及不妥的热处理带来的影响，热处理不妥会对耐蚀性带来晦气影响。

  双相不锈钢最前期的某些运用是根据它们耐氯化物应力腐蚀开裂（SCC）的功能。与具有相似耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀功能的奥氏体不锈钢比较，双相不锈钢表现出显着优胜的耐应力腐蚀开裂功能。双相不锈钢在化学加工工业的许多运用是替代奥氏体不锈钢，用于有很大的应力腐蚀开裂风险的场合。

  但是，和许多资料相同，双相不锈钢在特定条件下也易于产生应力腐蚀开裂。这种状况或许产生于高温、含氯化物的环境或易于促进氢致开裂的介质条件。双相不锈钢或许会产生应力腐蚀开裂的环境条件如42％的欢腾氯化镁溶液试验，金属处于高温并露出于加压含水氯化物体系的液滴蒸腾试验（体系中的温度或许高于常压下的温度）。

  图10给出了若干轧制退火的双相不锈钢和奥氏体不锈钢在严苛的氯化物介质中的相对耐氯化物应力腐蚀开裂功能。得出这些数据的液滴蒸腾试验腐蚀条件很严苛，因为试验温度为120℃(248℉)的高温，并且氯化物溶液因为蒸腾而浓缩。试验中三种双相不锈钢UNS S32101、2205和2507终究在所受应力到达其屈从强度的某一百分比时产生开裂，但这一百分数比316不锈钢相应的百分比值高得多。因为双相钢在常压下的氯化物水溶液中可以耐应力腐蚀开裂，例如耐保温层下的腐蚀，所以在已知304和316不锈钢会产生开裂的氯化物介质中，可以考虑运用双相不锈钢。

  图10：轧制退火的双相不锈钢和奥氏体不锈钢在120°C (248°F)氯化钠溶液液滴蒸腾试验中的耐应力腐蚀开裂功能（构成开裂的应力以屈从强度的百分数标明）

  表4总结了在不同腐蚀程度的各类试验介质中，几种不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂行为。表的上部所列介质因为含有酸性盐而条件严苛，表的下部因为温度高而条件严苛。表中心的介质条件不那么严苛。钼含量小于4%的规范奥氏体不锈钢在所有这些条件下均产生氯化物应力腐蚀开裂，而双相不锈钢可以耐受上述中心规模的中等试验条件。

  表4：未焊接双相不锈钢和奥氏体不锈钢在试验室加快试验中耐应力腐蚀开裂功能比较 （来历：各种文献资料）

  耐氢致应力腐蚀受多种要素影响，不只与铁素体含量有关，并且与强度、温度、充氢条件、外加应力等有关。双相不锈钢虽然对氢致开裂灵敏，但只需细心评价和操控操作条件，在含氢介质中仍可以运用其强度优势。这些运用中最杰出的是运送弱酸气体和盐水混合物的高强度管道。图11阐明晰2205双相不锈钢在含氯化钠的酸性介质中不产生腐蚀和易产生腐蚀的条件规模。

  图11：2205双相不锈钢在20%NaCl – H2S介质中腐蚀的电化学猜测和试验成果

  一般以为，双相不锈钢中铁素体相与奥氏体相的份额为30％～70%时，可以取得杰出的功能。但双相不锈钢常常被以为是铁素体和奥氏体大致各占一半，在现在的产品化生产中，为了取得最佳的耐性和加工特性，倾向于奥氏体的份额稍大一些。首要的合金元素尤其是铬、钼、氮和镍之间的彼此效果是十分复杂的。为了取得安稳的有利于加工和制作的双相安排，有必要留意使每种元素有恰当的含量。

  除了相平衡以外，有关双相不锈钢及其化学组成的第二个首要问题是温度升高时有害金属间相的构成。σ相和χ相在高铬、高钼不锈钢中构成，并优先在铁素体相内分出。氮的增加大大延迟了这些相的构成。因而在固溶体中坚持满足量的氮十分重要。跟着双相不锈钢制作经历的增加，人们越来越知道到操控较窄的成分规模的重要性(大众号:泵管家)。2205双相不锈钢（UNS S31803，表1）开始设定的成分规模过宽，经历标明，为了得到最佳的耐腐蚀功能及防止金属间相的构成，S31803的铬、钼和氮含量应坚持在含量规模的中上限，由此引出了成分规模较窄的改进型2205双相钢UNS S32205（表H）。S32205的成分便是今日产品化的2205双相不锈钢的典型成分。在本文中，除非还有阐明，一般2205指的便是S32205。

  以下简略介绍几个最重要的合金元素对双相不锈钢的力学功能、物理功能和腐蚀特性的影响。

  钢中铬含量有必要不低于10.5％才干构成安稳的含铬钝化膜，维护钢不受大气腐蚀。不锈钢的耐腐蚀功能随铬含量的增加而增加。铬是铁素体构成元素，钢中加铬可促进体心立方结构的铁素体构成。钢中铬含量较高时，需求参加更多的镍才干构成奥氏体或双相（铁素体－奥氏体）安排。较高的铬量也能促进金属间相的构成。奥氏体不锈钢铬含量至少为16％，双相不锈钢铬含量至少为20％。铬还能增加钢在高温下的抗氧化才干，铬的这一效果很重要，它影响热处理或焊接后氧化皮或回火色的构成和去除。双相不锈钢的酸洗和去除回火色要比奥氏体不锈钢困难。

  钼能进步不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀的才干。当不锈钢中铬含量至少为18％时，钼在氯离子环境中耐点蚀和缝隙腐蚀的才干是铬的三倍。钼是铁素体构成元素，一起也增大了不锈钢构成金属间相的倾向。因而，奥氏体不锈钢的钼含量一般小于约7.5％，双相不锈钢的钼含量小于4％。

  氮进步奥氏体和双相不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀的才干，它还能显着地进步钢的强度。事实上它是最有用的固溶强化元素和低成本合金元素。含氮双相不锈钢耐性的改进得益于其较高的奥氏体含量和较少的金属间相。氮没有阻挠金属间相的分出，但可推延金属间相的构成，使得有满足的时刻进行双相不锈钢的加工和制作。氮被增加到铬和钼含量高的高耐蚀性奥氏体和双相不锈钢中，以抵消它们构成σ相的倾向。

  氮是强奥氏体构成元素，在奥氏体不锈钢中能替代部分镍。氮可降低层错能并进步奥氏体的加工硬化率。

  它还经过固溶强化进步了奥氏体的强度。双相不锈钢一般都增加氮并调整镍含量以到达恰当的相平衡。铁素体构成元素铬和钼与奥氏体构成元素镍和氮彼此平衡才干取得双相安排。

  镍是安稳奥氏体的元素，镍促进不锈钢的晶体结构从体心立方结构（铁素体）转化为面心立方结构（奥氏体）。铁素体不锈钢含很少的镍或不含镍，双相不锈钢含镍量为低至中等，如1.5%～7％，300系奥氏体不锈钢至少含有6％的镍（见图1、2）。增加镍推迟了奥氏体不锈钢中有害金属间相的构成，可是在双相不锈钢中镍的推迟效果远不如氮有用。面心立方结构使奥氏体不锈钢具有极佳的耐性。双相不锈钢中有近一半是奥氏体安排，因而双相钢的耐性比铁素体不锈钢显着进步。