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1、.1.4462 双相钢介绍双相不锈钢 (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
2、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
3、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
4、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Ni 。双相不锈钢中一般加入几乎接近溶解度极限的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：
5、 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
6、.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相。 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。二、化学成分和机械试验数据.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
7、天生的免疫力，即使在苛刻的 42%的 MgCl2 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%MgCl2沸腾 33%LiCl沸腾 26%NaCl304L
8、(8%Ni)失败 (20h)失败 (96h)失败 (850h)439(铁素体型 )通过 (2000h)通过 (2000h)通过 (1000h)1.4462失败 (89h)通过 (1000h)通过 (1000h)1.4462(焊接 )失败 (89h)通过 (1000h)通过 (1000h)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%FeCl3-6H2O)，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 1.44
9、62 钢板材和 316L、317L 等合金的缝隙腐蚀温度试验对比情况。.10%FeCl3溶液中的缝隙腐蚀数据合金缝隙腐蚀发生温度 ( )典型 316-3典型 31721.446220E-BRITE26-124AL-6XN45Inconel62545AL 29-4C523、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。 下表是 316L 和 1.4462 普通状态和焊接状态的腐蚀试验对比情况。腐蚀对比试验数据试验溶液 (沸腐蚀率 (mm/a)典型 316L1.4462腾 )基材焊接材料基材焊接材料.20%醋酸 0.01
10、0.010.010.0145 蚁酸0.600.530.010.011%盐酸0.021.610.020.0265%硝酸0.560.460.520.4910%草酸1.221.130.200.1320%磷酸0.020.030.020.0310%硫酸氢钠1.821.430.650.5150%氢氧化钠1.972.170.610.5710%氨基磺酸3.153.030.560.4410%硫酸16.116.75.235.08硫酸铁 +50%0.660.590.510.45硫酸 (A262B)四、物理性能类型密度比热（ 20）热导率（ W/(m*K) ）100 300 5001.44627.88g/cm30.4
11、5 J/(g*K)1921233047.93g/cm30.502 J/(g*K)16.318.821.4316L7.98g/cm30.502 J/(g*K)15.118.420.9.五、力学性能高温下的拉力性能1.4462 双相钢在 ASME锅炉与压力容器规范中被允许使用在316以下温度。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。下表是典型 316 和 1.4462 的许用应力对比情况。焊接管件的焊缝系数取0.85。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。最大许用应力 (依据 ASME 规范 )温度 ()1.4462（ MPa）典型 316（MPa）381551
12、3093155112149150101.204144922601418631613981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316，因为双相钢有一个“475脆化”的问题，主要是由于铁素体相在343- 538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以上加热就可以还原。然而，另外一
13、个脆化温度区间是538-1000 ，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“475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
14、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 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 并快速冷却，在 1100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
15、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 S31803AFNOR.Z3 CrNi 22.05 AZDIN.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.