双相不锈钢 （Duplex stainless steel）
双相不锈钢是一种铁素体相和奥氏体相共存的不锈钢，同时也是集优 良的耐蚀性能、高强度和易于加工制造等诸多优异性能于一身的钢种。
双相不锈钢已经有 60 多年的历史，世界上第一批双相不锈钢于 1930 年在瑞典生产出来并用于亚硫酸盐造纸工业。
1968年不锈钢精炼工艺一一氩氧脱碳工艺 （AOD）的发明，使一系列新的 不锈
钢的产生成为可能。 AOD 工艺带来的诸多进步之一就是合金元素 N 的 添加。双相不锈钢添加 N 元素可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐蚀性 能接近于基体金属的性能，还可以降低有害金属间相的形成速率。
双相不锈钢同奥氏体不锈钢一样，是一种按腐蚀性能排序的钢种，腐 蚀性能取决于它们的合金成分。双相不锈钢一直在不断发展，现代的双相 不锈钢可以分为四种类型：
1、 不含 Mo 的低级双相不锈钢 2304；
2、 标准双相不锈钢 2205（德标 1.4462），占双相钢总量的 80%以上； 3、 25%Cr的双相不锈钢，典型代表合金 255，可归为超级双相不锈钢； 4、 超级双相不锈钢，含 25-26%Cr与255合金相比Mo和N的含量增 加。典型
代表钢种 2507。
双相不锈钢中的合金元素主要是 Cr铬、Mo钼、N氮、Ni镍，它们在 双相钢中的作用如下：
1、Cr 铬
钢中最少含有 10.5%的 Cr 才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化 膜。不锈钢的耐蚀性能随 Cr 的含量提高而增强。 Cr 是铁素体元素，它可以 使具有体心立方晶格的铁组织稳定，也可以提高钢在高温下的抗氧化能力。
2、 Mo 钼
Mo 与 Cr 协同作用能提高不锈钢的抗氯化物腐蚀的能力。 Mo 在氯化物 环境下
的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力是
Cr的3倍（参见CPT公式）。Mo是铁素
体形成元素，同样能促进形成金属间相。因此，通常奥氏体不锈钢中 Mo 含量小于
7.5%，双相钢中小于 4%。
3、 N 氮
N 元素可增加奥氏体和双相不锈钢的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力， 并可以 显著地
提高钢的强度，它是固溶强化最有效的一个元素。在提高钢强度的 同时，N元素还可以增加奥氏体不锈钢和双相不锈钢的韧性，
延缓金属间相
的形成，使双相不锈钢有足够的时间进行加工和制造，还可以抵消因高
Cr、
Mo所带来的易于形成 彷相的倾向，
N是强烈的奥氏体元素，在奥氏体不锈钢中能部分取代
钢中一般加入几乎接近溶解度极限的
Ni。双相不锈
N和用以调整达到相平衡的 Ni。铁素
体元素Cr和Ni与奥氏体形成元素Ni和N需要达到平衡，才能获得期望的 双相组织。
4、 Ni 镍
Ni 是稳定奥氏体组织的元素。铁基合金中添加 Ni 可促使不锈钢从体心 立方晶
体结构 （铁素体 ）转化为面心立方晶体结构 （奥氏体）。
Ni 可以延缓金属间相的形成，但效果远不如 N 有效。
下面介绍双相不锈钢，帮助了解其性能。
1： 1.4462标准双相不锈钢 (00Cr22Ni5Mo3N )
一、引言
1.4462是一种加N双相不锈钢。N的加入明显地改善了 1.4462的耐腐 蚀性
能，尤其是焊接的情况。早期的双相不锈钢可以耐中等强度的均匀腐 蚀和氯应力腐蚀断裂，但是在焊接情况下使用时，其性能就会大大下降。 为了改善这种情况， N 元素就加入了 2205 双相不锈钢，这样不仅使耐腐蚀 性能上升， 而且焊接使用情况也很良好。 德国标准对 2205 双相钢的含 N 量 要求是 0. 1 -0. 2%，Cr、Mo 、Ni 的含量也有要求，所以 1.4462双相钢的点蚀 当量PREN值达到了 35.8，进一步提高了耐蚀性能。
当有恰当的热处理时，1.4462中22%的Cr和3.5%的Ni、3%的Mo、0.16% 的
N 就会产生包括奥氏体相和铁素体相平衡的显微组织结构，这种结构和 化学成分让 1.4462不锈钢有比 316和317不锈钢更好和更广泛的耐蚀性能， 同时还有比普通奥
氏体不锈钢两倍还高的屈服强度。
1.4462是使用最广泛的双相不锈钢材料，在出厂前的所有 1.4462不锈 钢都要
金相检验，以防止加工过程中产生
林目。1.4462最常见的应用形式
是焊管和管件，在有较强的均匀腐蚀和应力腐蚀的情况下，板材应用也很 广泛。
、化学成分和机械试验数据
CS 14462 t双相悴啊） Sus304 （奧无依钢） Sus3L6L 奥氐律翔 ^D.03 riiS Lln^ P诸 W003 ^0.045 ^0 045 *SD.O3 21*23 10-20 4.&-6S 8-1Q5 10-14 W2 名站5 笔075 <2 <0-015 ^0.03 ^003 01-022 WG1 2.5'3 5| 1 16-13 垄2 切1 2-3 机取测试数菇 奠型 ■ 抗拉彊潼.是小 屈服强度最小 Ksi Ksi 620 515 435 Mpa 90 SUS304 75 70 65 3D 25 45 D 205 L7G 延坤率 最大 50mm 布蘇度 -垦小 2的 293 C31 1 1 1 1 11 1 1 1 ISUS315L 40! 4 (?H s201 217 B92 B&5 r 1 三、耐蚀性能
1、氯化物应力腐蚀断裂
不含镍的铁素体钢对氯化物的应力腐蚀断裂有天生的免疫力，即使在
苛刻的42%的MgCI2溶液中也是如此，从另一方面来说，含镍的奥氏体不 锈钢则很容
易受到氯离子应力腐蚀断裂的影响。奥氏体和铁素体不锈钢对 氯离子的应力腐蚀断裂的抵抗取决于合金中镍的含量。
从某种意义上说，双相合金是奥氏体相和铁素体相的合成，但在双相 合金中的成分都会倾向于某一相。例如，铁素体相中的
Ni要比奥氏体相中
的Ni含量少的多，因此，双相合金对氯离子的应力腐蚀断裂的抵抗性要比 传统300系列不锈钢好的多。
下表是是304和1.4462在几种沸腾溶液中的腐蚀性能试验结果。
应力腐蚀断裂试验情况 合金 沸腾 42%MgCI2 失败(20h) 通过(2000h) 失败(89h) 失败(89h) 沸腾 33%LiCl 失败(96h) 通过(2000h) 通过(1000h) 通过(1000h) 沸腾 26%NaCl 失败(850h) 通过(1000h) 通过(1000h) 通过(1000h) 304L(8%Ni) 439(铁素体型) 1.4462 1.4462(焊接) 2、点蚀和缝隙腐蚀
对氯离子的点蚀和缝隙腐蚀的评定可以使用
ASTM标准G-48试验方法
(10%FeCI3-6H2O),并且逐渐提高温度直到发现缝隙腐蚀发生为止。则首先 发现缝隙
腐蚀发生的温度称为临界缝隙腐蚀温度，可以用来衡量材料耐缝 隙腐蚀的能力，但在氯化溶液中不必要标明合金的限制使用温度。
下表是退火1.4462钢板材和316L、317L等合金的缝隙腐蚀温度试验对比情 况。
10%FeCI3溶液中的缝隙腐蚀数据
合金 典型316 典型317 缝隙腐蚀发生温度「C） -3 2 20 24 45 45 52 1.4462 E-BRITE26-1 AL-6XN Incon eI625 AL 29-4C 3、均匀腐蚀
1.4462对稀的还原性酸和高浓度的氧化性酸有抵抗性，对低浓度的有机酸 也有抵抗
性，但在高温高浓度下要小心使用。 态和焊接状态的腐蚀试验对比情况。
下表是316L和1.4462普通状
腐蚀对比试验数据
腐蚀率（mm/a） 试验溶液（沸 典型316L 腾） 基材 1.4462 基材 焊接材料 焊接材料 20%醋酸 45蚁酸 1%盐酸 65%硝酸 10%草 酸 20%磷酸 10%硫酸氢钠 50%氢氧化钠 10%氨基磺酸 10%硫 酸 硫酸铁+50% V 0.01 0.60 0.02 0.56 1.22 0.02 1.82 1.97 3.15 16.1 0.66 V 0.01 0.53 1.61 0.46 1.13 0.03 1.43 2.17 3.03 16.7 0.59 V 0.01 0.01 0.02 0.52 0.20 0.02 0.65 0.61 0.56 5.23 0.51 V 0.01 0.01 0.02 0.49 0.13 0.03 0.51 0.57 0.44 5.08 0.45 硫酸(A262B) 四、物理性能
类型 密度 比热(20C) 热导率(W/(m*K)) 100C 300 C 500 C 1.4462 304 316L 7.88g/cm3 7.93g/cm3 7.98g/cm3 0.45 J/(g*K) 19 21 23 0.502 J/(g*K) 16.3 18.8 21.4 0.502 J/(g*K) 15.1 18.4 20.9 五、力学性能 咼温下的拉力性能
1.4462双相钢在ASME锅炉与压力容器规范中被允许使用在 316 C以下温
下表
度。其强度可以通过 ASME锅炉与压力容器标准中的许用应力来表示。 是典型316和1.4462的许用应力对比情况。焊接管件的焊缝系数取 如此大的许用应力可以和有很利地使用在过程装备设计中。
0.85。
最大许用应力 侬据ASME规范）
温度（C） 1.4462 (MPa) 155 155 150 典型 316 (MPa) 38 93 149 130 112 101 204 260 316 144 141 139 92 86 81 冲击性能
1.4462双相钢可以从高温塑性破坏向低温脆性断裂转变，此塑性 -脆性的转
变温度可以通过在343-538 °C长时间的保温来充分地提高。不恰当的焊接 工艺，例如使用纯粹的 Cr不锈钢填料，可以提高焊缝向冲击脆性转变的敏 感性。 高温对力学性能的影响
ASME锅炉与压力容器规范中明确规定 1.4462双相钢的使用温度上限是 316C，因为
双相钢有一个“ 475C脆化”的问题，主要是由于铁素体相在 343-538C之间加热时会出现脆化现象。但这种脆化是可逆的，只要通过在
593 C以上加热就可以还原。然而，另外一个脆化温度区间是 538- 1000 C,
因为有有害于冲击性和腐蚀性的中间相析出。整体退火和快速冷却处理可 以消除脆性相，同时也是消除成形应力和“
475C脆化”首选方案。
六、成形和热处理
1.4462 可以很成功地冷弯和拉伸。相对于普通奥氏体不锈钢来说， 1.4462 有很高
的强度，对成形设备要求有很高的要求。双相钢中铁素体相的延伸 率比奥氏体相要小， 所以 1.4462 在弯曲时其弯曲半径要比奥氏体不锈钢大。 此外， 1.4462 管材和管板胀接时，由于其弹性延伸率较低，所以其胀接程 度要受到限制。 1.4462 相对于很多管板材料来说其强度是很高的，因此， 1.4462 管材和其它材料的管板胀接时要十分小心。
重度弯曲变形后要整体退火 （不只是消应力退火 ），以防止在使用环境中应力 腐蚀开裂，消应力热处理的温度一般在 316-927 C之间，至于对材料性能的 影响不作考虑。
七、 热处理
1.4462的退火温度一般在1020-1100 C并快速冷却，在1100 C附近热处理 时，会
让铁素体相含量大大增加。
八、 焊接
1.4462 双相钢中的铁素体相和奥氏体相含量基本相同，氧炔焊会让基材的 焊缝和热
影响区的铁素体含量上升，并行的退火处理可以恢复两相的平衡。 然而退火处理后焊缝的铁素体含量还是要稍高一点。焊缝中的铁素体含量 不可以过高。
匹配的填料金属对 1.4462的焊接来说是有经济性的，象 AWS 2209这样的 填料金属有比基材金属更高的含 Ni 量，主要是为了使焊区域产生相平衡， 让焊缝区域和基材金属有用样的化学成分。当 1.4462 和异种钢焊接时，填 料金属中要含有一些
奥氏体形成元素，以便可以形成一条奥氏体焊缝。焊 缝区域如含有大量铁素体晶粒，就会让材料的室温冲击韧性大大降低。 标准
ASTM/ASME ...... A240 UNS S31803 EURONORM ....... 1.4462 X2CrNiMoN 22.5.3 AFNOR .......... Z3 CrNi 22.05 AZ DIN ............ W. Nr 1.4462
焊接
1.4462 合金的焊接性很好。 1.4462 合金所要达到的性能为焊接金属和 热变
质部分仍然保持和基底金属同样的抗腐蚀能力、 强度及韧性。 1.4462 的 焊接难度不大 ,但需设计其焊接程序 ,以便焊接后 ,可以保持良好的相位平衡 状态 ,避免有害的金属相位或非金属相位的析出
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