1.4658欧洲标准耐腐蚀双相不锈钢冷精棒

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。
点蚀问题
耐点蚀是双相不锈钢的一个重要特性，与其化学成分和微观组织有着密切关系。点蚀一般产生于α/γ界面，因此被认为是产生于γ相和α相之间的γ*相。这意味着γ*相中的含Cr量低于γ相。γ*相与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。进一步研究表明，含N量较低的钢，其点蚀电位对冷却速度较为敏感。因此，在焊接含 N 量较低的双相不锈钢时，对冷却速度的控制要求更加严格。在双相不锈钢焊接过程中，合理控制焊接线能量是获得双相不锈钢接头的关键。线能量过小，焊缝金属及热影响区的冷却速度过快，奥氏体来不及析出，从而使组织中的铁素体相含量增多；如线能量过大，尽管组织中能形成足量的奥氏体，但也会引起热影响区内的铁素体晶粒长大以及σ相等有害相的析出。一般情况下，焊条电弧焊（Shieded Metal Arc Welding，SMAW）、钨极氩弧焊（Gas Tungsten Arc Welding，GTAW）、药芯焊丝电弧焊（Flux-Cored WireArc Welding，FCAW）和等离子弧焊（Plasma Arc Welding，PAW）等焊接方法均可用于双相不锈钢的焊接，且在焊般不需要采取预热措施，焊后也不需进行热处理。

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（详见表1和表2）。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。
保护气体适用于各种气体保护焊方法
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

经过几十年的研制和开发，双相不锈钢因其的耐点蚀性能和力学性能越来越多地代替304L、316L不锈钢应用于石油化工、造纸、能源以及油、气等工业领域中。通常来说，除了在极端介质环境中（如304不锈钢处于煮沸的硝酸溶液中）不锈钢会发生全面腐蚀，不锈钢的腐蚀类型都为局部腐蚀。双相不锈钢在含氯介质中发生的腐蚀类型为局部腐蚀，常见也是多的是点蚀。

　　局部腐蚀是金属与环境接触的表面上发生的破坏，这种破坏局限发生于金属材料表面的特点局部位置，常以点、坑、裂纹、沟槽等形式出现。钝态金属材料常见的腐蚀类型有点蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。由于局部腐蚀难以预测和预防，往往在没有先兆的情况下发生金属或设备的突然破坏，因此容易造成事故、环境污染甚至人身伤亡的重大问题。各类腐蚀失效事故事例的调查结果表明，局部腐蚀破坏约占80%.另外，双相不锈钢由于其铁素体相和奥氏体相的合金成分存在差异，其在介质中的稳定性也不尽相同，因此双相不锈钢在一定介质环境中还会发生选择性腐蚀。

双相不锈钢的冶金学
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，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,”