1.4410欧洲标准耐腐蚀铁素体不锈钢线材精线

材质双相不锈钢

双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

历史发展

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。

焊接特点
双相不锈钢其焊接特点如下：
双相不锈钢在正常固溶处理（1020℃～1100℃加热并水冷）后，钢中含有大约50%～60%奥氏体和50%～40%铁素体组织。随着加热温度的提高，两相比例变化并不明显。
双相不锈钢具有良好的低温冲击韧性，如20mm厚的板材横向试样在-80℃时冲击吸收功可达100J以上。在大多数介质中其耐均匀腐蚀性能和耐点腐蚀性能均较好，但要注意，该类钢在低于950℃热处理时，由于σ相的析出，其耐应力腐蚀性能将显著变坏。由于该钢Cr当量与Ni当量比值适当，在高温加热后仍保留有较大量的一次奥氏体组织，又可使二次奥氏体在冷却过程中生成，结果钢中奥氏体相总量不低于30%～40%因而使钢具有良好的耐晶间腐蚀性能。
另外，如前所述，在焊接这种钢时裂纹倾向很低，不须预热和焊后热处理。由于母材中含有较高的N，焊接近缝区不会形成单相铁素体区，奥氏体含量一般不低于30%。适用的焊接方法有钨极氩弧焊和焊条电弧焊等，一般为了防止近缝区晶粒粗化，施焊时，应尽量使用低的线能量焊接。

影响因素
影响双相不锈钢焊接质量的因素主要体现在以下几方面：含N量影响Gómez de Salazar JM等人研究了保护气体中 N2的不同含量对双相不锈钢性能的影响。结果表明，随着混合气体中 N2分压 PN2的增加，焊缝中氮的质量分数ω（N）开始迅速增加，然后变化很小，焊缝中的铁素体相含量φ（α）随ω（N）增加呈线性下降，但φ（α）对抗拉强度和伸长率的影响与ω（N）的影响刚好相反。同样的铁素体相含量φ（α），母材的抗拉强度和伸长率均焊缝。这是由于显微组织的不同所造成的。双相不锈钢焊缝金属中含 N 量提高后可以改善接头的冲击韧性，这是由于增加了焊缝金属中的γ相含量，以及减少了Cr2N 的析出。热输入影响与焊缝区不同，焊接时热影响区的ω（N）是不会发生变化的，它就是母材的ω（N），所以此时影响组织和性能的主要因素是焊接时的热输入。根据文献 ，焊接时应选择合适的线能量。焊接时如果热输入太大，焊缝热影响区范围增大，金相组织也趋于晶粒粗大、紊乱，造成脆化，主要表现为焊接接头的塑性指标下降。如焊接热输入太小，造成淬硬组织并易产生裂纹，对HAZ的冲击韧性同样不利。此外，凡影响冷却速度的因素都会影响到 HAZ 的冲击韧性，如板厚、接头形式等。σ相脆化国外文献介绍了再热引起的双相不锈钢及其焊缝金属的σ相脆化问题。母材和焊缝金属的再热过程中，先由α相形成细小的二次奥氏体γ*，然后析出σ相。结果表明，脆性开裂都发生于σ相以及基体与σ相的界面处，对母材断口观察表明，在σ相周围区域内都为韧窝，由于α相区宽，大量生成的σ相才会使韧性降低，然而在焊缝中α相区是细小的，断口仍表现为脆性断裂，只要少量的σ相生成就足以引起焊缝金属韧性的降低，因此，焊缝金属中的σ相脆化倾向比母材要大得多。氢致裂纹双相不锈钢焊接接头的氢脆通常发生于α相，且氢脆的敏感性随焊接时峰值温度的升高而增加。其微观组织的变化为：峰值温度增加，γ相含量减少，α相含量增加，同时由α相边界和内部析出的Cr2N 量增加，故极易发生氢脆。应力腐蚀开裂母材和焊缝金属中的裂纹都起始于α/γ界面的α相一侧，并在α相内扩展。奥氏体（γ）由于其固有的低氢脆敏感性，因此，可起到阻挡裂纹扩展的作用。由于DSS 中含有一定量的奥氏体，所以其应力腐蚀开裂倾向性较小。

限制要求
1.需要对相比例进行控制，合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半，其中某一相的数量多不能超过65%，这样才能有佳的综合性能。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，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，这对焊接接头具有与母材同等的性能很重要。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。

焊材选用要求
焊材要求焊材包括：①填充金属；②保护气体和背面保护气体。分述如下。在焊态下使用的焊接结构，其焊缝金属与母材相比应是合金元素镍含量较高的。这是为了合适的铁素体和奥氏体的相比例。这一纯焊缝金属在焊态下，有这样的成分，即能在结晶后直接均匀地形成以奥氏体为主（30%～70%）的并含有铁素体的双相组织。当焊件可在1050～1100℃温度下退火时，应该选择与母材成分（Ni=55%～70%）相当的焊缝金属。在这种焊接工艺中，焊后占主要的铁素体基体转变形成了平衡的铁素体/奥氏体组织。焊接双相不锈钢和超级双相不锈钢的焊材均是配套设计的。手工焊用的涂药焊条既可以用钛型药皮焊条，也可以用碱性药皮焊条。碱性药皮的焊条对全位置的焊接更适宜一些，而铁型悍条工艺性优良，在几乎所有的实际应用中都可获得满意的效果。采用填充焊丝和其他焊接方法（GTAW、GMAW、SAW）熔敷的焊缝金属与焊丝有类似的化学成分。焊材要求示意图(3张)保护气体适用于各种气体保护焊方法。双相不锈钢的配套焊接材料背面保护气体用于单面焊的焊管内部气体保护，即可以用于工业纯氩气，也可以用于高纯度氩气（99.99%）。在所有情况下，气体都应该干燥（PrEN439：除CO2外，所有气体大不超过40ppm露点高-50℃，CO2中的水分大不超过200ppm，露点高为-35℃），因该采取各种措施避免水分侵入保护气体中。保护气体和背面保护气体对焊缝金属的含氮量有影响。由于保护气体中的N2分压低，可能从焊缝熔池中扩散出N2，从而使焊缝金属氮量降低，大可减少0.05%N2。存在这种危险时，在保护气体和背面保护气体中加入5%N2，以防止焊缝金属N2损失。
焊材选用
双相不锈钢用的焊材，其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织，主要耐蚀元素（铬、钼等）含量与母材相当，从而与母材相当的耐蚀性。为了焊缝中奥氏体的含量，通常是提高镍和氮的含量，也就是提高约2%~4%的镍当量。在双相不锈钢母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希望有一定的含氮量，但一般不宜太高，否则会产生气孔。这样镍含量较高就成了焊材与母材的一个主要区别。根据耐腐蚀性、接头韧性的要求不同来选择与母材化学成分相匹配的焊条，如焊接Cr22型双相不锈钢，可选用Cr22Ni9Mo3型焊条，如E2209焊条。采用酸性焊条时脱渣优良，焊缝成形美观，但冲击韧性较低，当要求焊缝金属具有较高的冲击韧性，并需进行全位置焊接时，应采用碱性焊条。当根部封底焊时，通常采用碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐蚀性能具有特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。对于实心气体保护焊焊丝，在焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力学性能的同时，还应注意其焊接工艺性能，对于药芯焊丝，当要求焊缝成形美观时，可采用金红石型或钛钙型药芯焊丝，当要求较高的冲击韧度或在较大的拘束度条件下焊接时，宜采用碱度较高的药芯焊丝。对于埋弧焊宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化，并采用配套的碱性焊剂。

一般认为，双相不锈钢的相平衡比例为30%~70%的铁素体比奥氏体时，可以获得良好的性能。但双相不锈钢常常被认为是铁素体和奥氏体大致各占一半，在目前的商品化生产中，为了获得佳的韧性和加工特性，倾向于奥氏体的比例稍大一些。主要的合金元素尤其是铬、钼、氮和镍之间的相互作用是非常复杂的。为了获得稳定的有利于加工和制造的双相组织，注意使每种元素有适当的含量。

除了相平衡以外，有关双相不锈钢及其化学组成的第二个主要问题是温度升高时有害金属间相的形成。高铬高钼不锈钢中形成σ相和x相，并在铁素体相内析出，氮的添加大大延迟了这些相的形成。因此在固溶体中你持足够量的氮是很重要的。随着双相不锈钢制造经验的增加，控制窄的成分范围的重要性变得越来越明显。

双相不锈钢冶金学
Fe-Cr-Ni合金三元相图是双相不锈钢冶金行为的指路图。从铁含量为68%处的三元截面图(图3)可以看出:这些合金以铁素体(α)凝固，当温度下降至1000℃(1832°F)左右时，部分铁素体会转变成奥氏体(γ)(取决于合金成分)。在较低温度下，处于平衡态的铁素体和奥氏体几乎没有进一步的改变。从图3还可看出增加氮的影响。从热力学观点看，因这部分奥氏体是由铁素体转变而来的，合金不可能跳过奥氏体的平衡态。然而，当继续冷却至较低温度时，碳化物、氮化物、σ相以及其他金属间相都成为可能的显微结构组分。氮的另一有效作用是提高了奥氏体开始从铁素体转变的温度，见图3，提高了铁素体转变为奥氏体的比例。因此，即使在快速冷却条件下，奥氏体量也几乎能达到平衡状态时的水平。对第二代双相不锈钢而言，这效应会减少 HAZ 铁素体过量的问题,”

耐酸腐蚀

双相不锈钢在硫酸溶液的腐蚀数据。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的强还原性环境的热溶液不等。2205和2507双相不锈钢在酸浓度大约15%的溶液中，性能优于许多高镍奥氏体不锈钢，在酸浓度至少为40%的范围内，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。在酸浓缩处还原性环境湿/干的界面，则腐蚀尤其是铁素体的腐蚀就会开始并快速进展。双相不锈钢耐氧化性腐蚀的性能使它们成为硝酸和强有机酸装置优良的候选材料。