资源描述
1 绪论
伴随工业技术日益发展，通常奥氏体不锈钢难以满足应力腐蚀、点腐蚀和缝隙隧洞式腐蚀要求。为此，冶金工作者进行了大量研究，研制出奥氏体—铁素体型不锈钢，即双相不锈钢。
传统奥氏体不锈钢在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面抗力不足，尤其是应力腐蚀引发断裂，其危害性极大。双相不锈钢是近二十年来开发新钢种。经过正确控制各合金元素百分比和热处理工艺使其固溶组织中铁素体相和奥氏体相各约占50％，从而将奥氏体不锈钢所含有优良韧性和焊接性和铁素体不锈钢所含有较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢优点。
所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相和奥氏体相约各占二分之一，通常量少相含量也需要达成30%。在含C较低情况下，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特点，和铁素体相比，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升，同时还保持有铁素体不锈钢475℃脆性和导热系数高，含有超塑性等特点。和奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间副食和耐氯化物应力腐蚀有显著提升。双相不锈钢含有优良耐孔蚀性能，也是一个节镍不锈钢。
因为两相组织特点，经过正确控制化学成份和热处理工艺，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢优点，它将奥氏体不锈钢所含有优良韧性和焊接性和铁素体不锈钢所含有较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，正是这些优越性能使双相不锈钢作为可焊接结构材料发展快速，80年代以来已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列一个钢类。
上世纪30年代就已在瑞典试验室中研制出双相不锈钢（3RE60、Uranus50等），不过双相不锈钢真正产业化还是在上世纪60年代以后，其发展经历了3代历程。
1.1 中国双相不锈钢应用
双相不锈钢是依据石油化工中强酸强碱造成局部点蚀、应力腐蚀和孔穴式腐蚀现象，通常不锈钢难以胜任容器、管道和零部件等而研制，但因为双相不锈钢除含有很强各类抗腐蚀性能之外，还含有很好强度和韧性，为此，在通常民用工程和能源交通方面也逐步得到越来越多应用，如桥梁、飞机、船舶、汽车和沿海城市和化工区装饰建筑等。
1.1.1石油和天然气工业
这是国外应用双相不锈钢关键领域之一，现在铺设油气输送管线已经有1000km。中国只有南海油田少许使用，全部进口。另外，西气东输工程西起塔里木盆地集气管线考虑要用双相不锈钢焊管，中国已经有条件生产和制造。
炼油工业是最早使用国产双相不锈钢部门，在南京，镇海，天津，济南等炼化企业多集中用在常减压蒸馏塔塔顶衬里（或复合板）、塔内构件、空冷器和水冷器等，最长已使用20年。镇海炼化企业是中国最大炼油基地，加工能力为1600万t，进入世界百强，冷凝冷却系统中多套设备使用双相不锈钢。
这一领域包含范围很宽，工况情况复杂，介质多个多样，也是使用双相不锈钢较早和较多领域。甲醇是关键能源化工原料，中国产量210万t，进口量和此相当，国产缺口很大，当然也有少许（数千吨）出口韩国，现在20万t大型和多套10万t以下中小型甲醇合成反应器触媒管全部是采取双相不锈钢，大中型装置采取2205钢管，使用进口管较多，小型装置多采取18－5Mo型国产钢管。
齐鲁石化企业氯乙烯装置氧氯化反应器中冷却蛇管介质条件（HCI，水蒸气）苛刻，现在已使用进口2205双相不锈钢，使用结果有待观察。
上海石化企业乙烯装置催化剂再生冷却器采取国产类似DP3钢00C25Ni7Mo3WCuN双相不锈钢做海水冷却器管，海水出口温度40℃，至今已间歇使用，效果很好。 河南煤化工厂粉煤气化装置数台冷却器全部是采取进口2205钢管制造。
1.1.2 化肥工业
尿素工业也是最早使用国产双相不锈钢部门，装置中含氯离子水换热设备使用得较多，比如尿素装置中CO2压缩机三段冷却器原使用304L奥氏体不锈钢管束，l个月后即因应力腐蚀破裂而泄漏，双相不锈钢可用5年以上，随即一、二段冷却器也全部换用了18－5Mo或2205双相不锈钢。
因为双相不锈钢在尿素介质中有良好抗腐蚀疲惫性能，很适合制造尿素生产关键设备——甲按泵泵体。国产00Cr25Ni6Mo2N钢能够经过Huey法晶间腐蚀倾向检验，己用于黑龙江化肥厂、洞庭氮肥厂（五柱塞式）等大型化肥厂。中国中小化肥厂甲按泵泵体基础上采取18－5Mo钢制造，也有数十家采取是高铬含铅双相不锈钢。另外这种钢泵阀锻件经过了日本JIS G0573、G0591硝酸法和硫酸法检验，批量出口日本，价格要比日本当地生产廉价。
另外，采取国产OCr25Ni6Mo3CuN时效强化双相不锈钢，利用其耐磨损腐蚀性能，用于尿素装置主工艺管路多个规格高压截止阀内件等，效果不错。
1.1.3 运输业
最近几年海上化学品运输船行业是国外最大双相不锈钢用户，消费量约占热轧板50％。化学品船装载液体货物多个多样，包含化学和石化产品，食品等，要求船舱材料既能耐腐蚀，又有高强度。现在2205双相不锈钢已替换316L和317L奥氏体不锈钢，成为海上化学品船标准用材。
中国在这方面刚刚起步，中国长江航运集团青山船厂采取欧洲建造标准，使用进口2205钢板，自行制造成功第一艘18500t化学品船，钢板消耗量约1200t，己出口比利时。实现了中国用双相不锈钢建造化学品船零突破，该厂已形成规模生产能力。
1.1.4 造纸和制盐轻工业
因为双相不锈钢在中性氯化物溶液中有很好耐孔蚀和缝隙腐蚀能力，利用这一特点，中国开发了该钢在真空制盐和盐硝联产装置上应用，20万-30万t制盐厂大型盐水和芒硝蒸发罐采取了双相不锈钢衬里和复合板，处理了设备结盐垢和腐蚀问题，最长已经有使用历史。双相不锈钢用于大型真空制盐装置，中国已经有成熟经验。
在制纸浆和造纸业领域，中国几乎是空白，硫酸盐蒸煮法仍多采取低碳钢制造蒸煮锅，而国外早已普及使用双相不锈钢蒸煮、漂白等设备，现在中国也有引进，但数量极少。
总而言之，能够看出中国双相不锈钢使用是有一定不足，像国外大量使用双相不锈钢诸如纸浆和造纸工业、油气工业、运输业、甚至建筑业多个大领域我们包含得不多，有还只是刚刚开始。依据国情，利用双相不锈钢性能优势，以后除继续扩大在化工和石化等领域应用外，结合纸浆和造纸工业技术改造需要开发在这一领域中应用，至于油气管线现在极难推广，双相不锈钢价格是太高了不过制造相关油气田需要耐氯离子和硫化氢装置像集气管线和换热设备等还是能够采取双相不锈钢，甚至超级双相不锈钢。海上运输业发展，化学品船制造业方兴未艾，需要大量大张钢板，这一缺口有待填平补齐。至于在建筑业方面应用，至今还完全未包含，其实滨海城市雕塑景观和开发2304钢用于民用热水器方面完全可替换304和316奥氏体不锈钢。
1.2 双相不锈钢优势及应用
1.2.1 和奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢优势以下：
1）屈服强度比一般奥氏体不锈钢高一倍多，且含有成型需要足够塑韧性。采取双相不锈钢制造储罐或压力容器壁厚要比常见奥氏体降低30-50%，有利于降低成本。
表1-2 部分双相不锈钢牌号及化学成份(质量分数％）
钢号
国别
C
Cr
Ni
Mo
Mn
Si
其它
第1代
3RE60
瑞典
0.03
18.5
4.9
2.7
≤2.0
—
—
Uranus50
芬兰
0.04
21.5
6.5
1.5
—
—
Cu:1.0-2.0
第2代
SAF2205
瑞典
0.03
22.0
5.5
3.0
≤2.0
≤0.8
—
DP-3
日本
0.03
25.0
6.5
3.5
W:0.4
-
Cu:0.20-0.80
08X21H6M2T
俄罗斯
≤0.08
21.0
7.5
2.0
—
—
Ti:0.2-0.4
0Cr21Ni5Ti
中国
0.06
22.0
5.8
-
≤0.8
≤0.8
Ti:5
第3代
SAF2507
瑞典
0.03
25.5
7.0
4.5
—
—
Cu:0.50
DP-3W
日本
0.03
25.0
7.6
3.0
W:0.4
—
Cu:0.80
0Cr26Ni5Mo3
中国
≤0.08
26.5
5.0
3.0
≤1.5
≤1.0
—
2）含有优异耐应力腐蚀破裂能力，即使是含合金量最低双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高耐应力腐蚀破裂能力，尤其在含氯离子环境中。应力腐蚀是一般奥氏体不锈钢难以处理突出问题。
3）在很多介质中应用最普遍2205双相不锈钢耐腐蚀性优于一般316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢含有极高耐腐蚀性，再部分介质中，如醋酸，甲酸等甚至能够替换高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。
4）含有良好耐局部腐蚀性能，和合金含量相当奥氏体不锈钢相比，它耐磨损腐蚀和疲惫腐蚀性能全部优于奥氏体不锈钢。
5）比奥氏体不锈钢线膨胀系数低，和碳钢靠近，适合和碳钢连接，含相关键工程意义，如生产复合板或衬里等。
6）不管在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢含有更高能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势显著，有实际应用价值。
1.2.2 和铁素体不锈钢相比，双相不锈钢优势以下
1）综协力学性尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。
2）除耐应力腐蚀性能外，其它耐局部腐蚀性能全部优于铁素体不锈钢。
3）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。
4）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，通常焊前不需预热，焊后不需热处理。
5）应用范围较铁素体不锈钢宽。
2 SAF2205双相钢接头基础要求及达成要求方法
2.1基础要求
焊接接头不存在超出质量标准要求缺点，同时力学性能满足焊接结构预期使用性能要求。不出现焊接热裂纹和冷裂纹，应力腐蚀，点蚀，δ相脆化现象出现
2.2预防方法
1）双相不锈钢含有良好焊接性，通常选择和母材成份相同或相近焊接材料，因为含碳量对抗腐蚀性有很大影响，所以熔敷金属含碳量不用高于母材。腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染设备，可选择含Ti或Nb等稳定化元素或超低碳焊接材料。对于耐酸腐蚀性能较高工件，常选择含Mo焊接材料。选择适合焊接材料不会发生焊接热裂纹和冷裂纹，如选择焊条型号E309MoL-16焊条牌号A042氩弧焊焊丝H00Cr18Ni14Mo2。
2）合理设计焊接接头。避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除应力集中，消除或降低焊接接头残余应力，用常见工艺方法，加热温度在800-900℃之间才可得到比较理想消除应力效果；结构设计时要尽可能采取对接接头，避免十字交叉焊缝，单V形坡口改用Y形坡口。
3）采取小热输入，即小电流，大焊接速度，降低横向摆动，待前一道焊缝冷却到预热温度后，再焊下一道焊缝，焊后进行750-800℃退火处理，退火后应快冷，预防出现δ相和475℃脆化。
3.1SAF2205双相钢焊接性
3.1.1SAF2205双相钢性能特点
1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好耐氯化物应力腐蚀性能。通常18-8型奥氏体不锈钢在600℃以上中性氯化物溶液中轻易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造热交换器、蒸发器等设备全部存在着产生应力腐蚀断裂倾向，而双相不锈钢却有良好抵御能力。
2）含钼双相不锈钢有良好耐孔蚀性能。在含有相同孔蚀抗力当量值（PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢和奥氏体不锈钢临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢和奥氏体不锈钢耐孔蚀性能和AISI 316L相当。含25%Cr，尤其是含氮高铬双相不锈钢耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超出了AISI 316L。
3）含有良好耐腐蚀疲惫和磨损腐蚀性能。在一些腐蚀介质条件下，适适用于制作泵、阀等动力设备。
4）综协力学性能好。有较高强度和疲惫强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢2倍。固溶态延伸率达成25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上。
5）可焊性良好，热裂倾向小，通常焊前不需预热，焊后不需热处理，可和18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。
6）含低铬（18%Cr）双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过铸造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，能够生产板、管和丝等产品。
7）冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形早期，需施加较大应力才能变形。
8）和奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适适用作设备衬里和生产复合板。也适合制作热交换器管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。
9）仍有高铬铁素体不锈钢多种脆性倾向，不宜用在高于3000C工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低，σ等脆性相危害性也愈小。
3.1.2 SAF2205双相钢组织特点
现在双相不锈钢因为冶炼质量要求高，价格较贵，故产量不高，约占世界不锈钢产量1％，但上世纪90年代以后增加较快， 1990 年产量约10万t，1999年已达11万t，约为20万t。
中国在上世纪60年代开始研究双相不锈钢，关键有低铬（Cr18）、中铬（Cr22）和高铬（Cr25）3种，关键产品是管、板和复合板，产量全部不大，约t，双相不锈钢消费量约4000t，有1/2随工程进口。
双相不锈钢组织， 依据W(Ni)eq，W(Cr)eq和Schaeffer图，通常奥氏体（A）和铁素体（F）百分比约为60％: 40％，但实际上因为化学成份和固溶处理温度偏差，可能出现;A或F≥70％，对性能会有一定影响，所以，最好控制在各为50％。
表3-2 不表同组织类别不锈钢力学性能
组织类型
钢种
热处理状态
力学性能
硬度
σs/MPa
σb/Mpa
δ5(％)
奥氏体
0Cr18Ni9
920-1150。C
固溶、快冷
205-300
520-580
≥40
200
奥氏体+铁素体
SAF2205
950-1100。C
固溶、水冷或快冷
550-580
750-780
30
220
DP-3W
560-590
760-780
20
270
0Cr26Ni5Mo2
400-450
620-650
20
250
铁素体
00Cr18Mo2
800-1050。C
退火、快冷
250-270
420-450
30
200
双相不锈钢含有很强抗局部孔蚀、点蚀和缝隙孔穴式腐蚀能力，关键是由化学成份中Mo，N等元素起作用。经多年研究，建立了一个抗孔蚀当量指数PREN（PREN=ω Cr+3.3ω Mo+16 ω N）来评价，其值越高，抗局部孔蚀能力越强。
双相钢一个显著特点就是其双相组织。除此之外, 还常伴有其它相组织产生, 这些次生相也或多或少影响钢材性能。对双相钢来说,特殊合金元素组成是确保组成双相及各相百分比基础, 经过关键元素含量, 能够估计金相组相百分比。现在, 国际上使用较多是美国焊接研究会WRC提出WRC一92组织图 (见图3-1)
表3-3 部分奥氏体钢及双相不锈钢成份及PREN值
组织
钢种
化学成份（质量分数） %）
PREN
C
Cr
Ni
Mo
N
奥氏体
308L
0.03
20
10
—
—
20
316L
0.03
18
12
2
—
25
双相不锈钢
2205
0.03
22
5
3
0.15
34
255
0.03
25
6
3
0.20
38
2507
0.03
25
7
4
0.25
42
A一奥氏体;AF一奥氏体一铁素体;
FA一铁素体一奥氏体;F一铁素体;
Creq= Cr％+Mo％+0.7×Nb％
Nieq=Ni％+35×C％+20×N％+0.25×Cu％
从图3-1可看出, 铬、铂、妮是关键铁素体相形成元素, 而镍、碳、氮、铜是关键奥氏体相形成元素。改变这些元素含量, 即可改变固溶组织中相百分比。
除了不一样元素组成及百分比影响相百分比外,热处理也将在一定程度上影响相百分比。双相钢在高温下(1300℃以上), 展现单一高温铁素体组织, 即δ相。但冷却过程中粗大δ相阿会转变成常温铁素体相(α相)和奥氏体相(γ相)。因为α相和γ相生成条件、速度不一样, 所以不一样冷却起点温度及冷却方法速度会使α相和γ相有不一样最终百分比, 而且其组织特征也不一样。其实, 热处理对相百分比影响是有限, 但对二次相(对钢材性能影响比较大)生成才是至关关键。
常见双相钢常会在冷却过程中出现二次相。关键二次相有二次奥氏体、碳化物、δ相 、χ相、R相等。
1)二次奥氏体(γ2)。双相钢冷却时会在铁素体相中析出γ2。γ2相含有一定奥氏体相特征,会促进σ相生产。
2)碳化物(M23C6)存在不利于钢材耐蚀性。快速冷却可避免M23C6生成。
3) δ相硬而脆, 可显著降低钢材塑性和韧性。δ相富含铬, 使其周围因铬而耐腐蚀性降低。鉴于此, δ相是一个危害最大二次相。以急冷方法快速经过该温度区间, 可有效避免δ相产生。
4) χ相、R相、全部是在一定温度区间(550℃-750℃) 析出金属间相, 富铬和钼, 硬而脆, 易降低钢材耐腐蚀性。但和δ相相比, 析出量较少, 所以其危害低于δ相。
3.1.3 耐腐蚀性能
开发双相钢就是处理奥氏体不锈钢腐蚀开裂性能问题, 并同时取得高强度。
(1)均匀腐蚀。通常来讲, 双相组织并不利于钢材耐电化学腐蚀, 因为可能出现电偶腐蚀。在一些强氧化性酸和强还原性酸中, 其耐腐蚀性有时不如奥氏体, 但有时比奥氏体还好。在有机酸中, 它和奥氏体不锈钢一样全部含有良好耐腐蚀性。在碱液中, 其耐腐蚀性相对较差些。
(2)孔蚀是一个局部腐蚀, 也是不锈钢最有害腐蚀型式之一, 它往往成为应力腐蚀开裂和疲惫腐蚀开裂根源。现在比较流行是经过孔蚀指数(PREN)来评价钢材耐孔蚀性能。立即耐孔蚀多个关键元素折合成铬含量当量, 经过铬含量当量(PREN)来判定钢材耐孔蚀性能:PREN=Cr％+3.3xMo％+16xN％所以, 对于钢材抗孔蚀性能, 除了考虑其值外, 还要在生产过程中努力争取避免相生成, 降低金属夹杂物。
(3)晶间腐蚀。双相钢几乎不发生晶间腐蚀敏化, 即使是在焊后空冷条件下。
(4)应力腐蚀。双相组织存在, 使得双相钢抗应力腐蚀开裂性能要优于奥氏体不锈钢及铁素体钢。
总说来, 双相钢抗均匀腐蚀性能、抗孔蚀性能、抗缝隙腐蚀性能和奥氏体不锈钢相比并没有优越太多, 但其抗晶间腐蚀性能、抗应力腐蚀性能则显著优于奥氏体不锈钢。
3.1.4 力学性能
1)强度。在双相钢中, 因为铁素体相约占二分之一, 故其强度显著高于奥氏体不锈钢。双相钢强度比奥氏体不锈钢高约三分之一。
2)塑性和韧性。在双相钢中, 因为奥氏体相约占二分之一, 故其塑性和韧性优于铁素体不锈钢。另外因为奥氏体相存在, 使得轻易产生脆性化合物碳、氮等在铁素体相中溶解度降低, 从而降低了脆性相发生。同时, 因两相同时存在,可阻止或缓解高温下晶粒长大, 也可阻止或缓解裂纹扩展, 从而提升了钢材塑性和韧性。
但和奥氏体不锈钢相比, 因为铁素体相存在, 使得其塑性和韧性相对较低, 尤其是铁素体相中易产生δ相、χ相、R相、∏相等脆性相, 假如处理不妥, 会严重影响钢材塑性和韧性。
3.1.5 加工性能
工程上应用较多加工方法有冶炼、铸造、热变形加工、冷变形加工、机加工、热处理、焊接等。
1)冶炼。双相钢冶炼比奥氏体或铁素体钢难度大, 控制要求高。现在, 双相钢最低要求应采取或进行精炼。
2)铸造。基于和冶炼一样道理, 铸造难度也大于通常奥氏体和铁素体钢材, 而且难度比冶炼更大。除此之外, 因为两相组织原因, 在浇铸时还要采取有效方法, 以避免比奥氏体钢更轻易出现铸造裂纹两相凝固差异原因、气孔加氮原因等问题。
3)热变形加工。双相钢含有两相组织使其热变形加工难度要远大于奥氏体不锈钢。冷变形加工。双相钢冷变形加工难度要远大于奥氏体不锈钢。
4)机加工。就常见工程材料而言, 全部不存在较大加工难度, 双相钢也不例外。热处理。热处理对双相钢性能还有部分特殊影响。①不一样热处理参数, 可得到不一样相百分比, 直接影响钢材性能②经过热处理, 能够改变加工过程中元素分配百分比, 改善甚至消除加工过程中次生相带来不利影响, 从而影响到钢材最终机械性能和耐腐蚀性能等③热处理过程也会使钢材产生新次生相, 也会造成元素在各相中重新分配。所以, 不合适热处理会使钢材性能恶化
最早限制双相钢应用关键原因就是焊接问题, 而工程上又往往不可避免焊接过程。
双相钢焊接难点就在于其焊接接头是否仍能取得和母材相同或相近两相组织, 这也是确保焊接接头是否含有和母材一样性能(包含力学性能和耐腐蚀性能)等关键所在。这里所说焊接接头包含焊缝熔合区、高温热影响区(HTHAZ)和低温热影响区(LTHAZ)。
1)焊缝熔合区。该区域两相组织相对轻易控制 即经过选择适宜焊接材料就能做到.
2)高温热影响区。它是指含有约1250℃熔点这一温度特征区域。这一区域很窄, 却是其相组织最难控制一个区域。因为母材成份不能因其而有过多奥氏体形成元素, 而该区域温度特征又使其高温铁素体在冷却过程中部分得不到向奥氏体转化。应采取较大焊接线量,使焊缝冷却速度降低, 使高温铁素体有一定时间向奥氏体转化, 从而使相组织均衡。
3)低温热影响区。因为该区域温度较低,不足以引发基础相改变, 但可能会发生二次相产生。所以, 采取适宜焊接线量并控制层间温度是预防低温热影响区性能变坏关键手段。
值得一提是, 双相钢通常不进行焊后热处理
双相不锈钢焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自优点，并降低了其各自不足之处。
1) 热裂纹敏感性比奥氏体钢小得多。
2) 冷裂纹敏感性比通常低合金高强钢也小得多。
3) 双相不锈钢焊接时关键问题不在焊缝，而在热影响区，因为在焊接热循环作用下，热影响区处于快冷非平衡态， 冷却后总是保留更多铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹（脆化）敏感性。
4) 双相不锈钢焊接接头有析出%相脆化可能，δ相是Cr和Fe金属间化合物，它形成温度范围600-1000.C，不一样钢种形成δ相温度不一样， 如00Cr18Ni5Mo3Si2 钢在800-900.C，而双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3CuN在800-900.C，8500.C时最敏感。形成%δ相需经一定时间，通常1-2 min萌生1-2 minδ相增多并长大，所以，焊接时应采取小热输入，快速冷却，消应力处理时应采取较低温度，如550-600.C为宜。
5) 双相不锈钢含有50%铁素体， 一样也存在475.C脆性，但不如铁素体不锈钢那样敏感，双相钢中铁素体在300-525.C之间长久保温会析出高铬α，相，而在475.C最敏感，使双相钢发生脆化，因为α，相析出时间较长，故对通常焊接影响不大，但应限制双相不锈钢工作温度不高于250.C。
双相不锈钢焊接件，因为工艺不妥，一旦产生δ相或析出α，相引发475.C脆性，则可采取固溶处理使之消除。
双相不锈钢扩散氢含量不及奥氏体不锈钢，所以焊材中或周围环境中氢质量浓度较高时，则会在焊接双相不锈钢时出现氢致裂纹和脆化。
3.2焊接中可能存在问题
1）SAF2205双相钢δ相脆化
在Fe-Cr二元合金中，δ相中含Cr约为25%，形成温度为520-820℃，有很多合金元素可置换δ相中Fe和Cr原子，从而使δ相生成于稳定温度区间和几率增大。δ相析出关键在相中进行，假如δ相含有较多Mo时，即可提升δ稳定存在温度区，又能加速δ相析出过程。高铬双相不锈钢轻易产生δ相脆化现象。
表3-1 双相不锈钢固溶处理及σ相和475.C脆性温度范围
内容
2205双相钢及
2507等
超级双相钢
00Cr25Ni7Mo3CuN等
固溶处理温度/。C
1040
1025-1100
在空气中加热
起皮温度/。C
1000
1000
δ相形成温度/。C
600-1000
600-1000
475.C脆化温度/。C
300-525
300-525
2）焊接接头氢脆和氢致裂纹
双相不锈钢凝固结晶为单相铁素体，不过通常拘束条件下，焊缝金属热裂纹很小。当δ/γ合适时，冷裂纹敏感性也较低，但双相不锈钢中毕竟含有较高δ相，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，还存在氢致裂纹危险。经过对模拟焊接热影响区试棒研究了双相不锈钢氢脆和显微组织之间关系，并采取断裂应变评定了氢脆敏感性，结果表明氢脆关键发生于δ相，而且氢脆敏感性随峰值温度升高而增加。
3）焊接接头应力腐蚀开裂
从双相不锈钢应力和断裂时间延迟破坏之间关系可知，母材临界应力达成破坏应力90%，氢脆应力腐蚀开裂敏感性很低，焊缝金属临界应力为破坏应力70%，相当于δ0.295%，因为焊缝周围残余应力能够超出δ0.2，所以焊接接头轻易产生腐蚀开裂。
4）焊接接头点蚀
因为冷却速度对点蚀点位影响较为显著，所以，一样含N量在冷却速度不一样条件下点蚀电位相差很大。由此可见，含N量较低双相不锈钢点蚀电位对冷却速度很敏感，在焊接含N量较低双相不锈钢时对冷却速度控制要求更严。
4 2205双相钢焊接工艺
为了取得良好焊接质量, 焊接人员应掌握双相钢焊接特点和注意事项,另外从腐蚀角度来看, 焊接接头总是不锈钢结构最微弱步骤,实际上管道最终耐蚀水平是由焊工决定,为了尽可能取得良好结果,焊接操作过程应该遵守部分基础规则。总结出SAF2205 DSS部分关键技术以下。
1)焊前准备 采取机加工制备试板坡口，用不锈钢专用砂轮片打磨坡口及坡口两侧各30mm范围，并用丙酮清洗，以除去氧化膜、油污。
2) 焊接方法 通常焊接方法, 如焊条电弧焊、钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊埋弧焊等, 全部可用于双相不锈钢焊接。焊条电弧焊时最常见焊接工艺方法，其特点灵活方便，并可实现全位置焊接，所以焊条电弧焊时焊接修复常见工艺方法。钨极氩弧焊特点时焊接质量优良，自动化焊接效率也较高，所以广泛用于管道封底焊缝及薄壁管道焊接。钨极氩弧焊保护气体通常采取纯Ar，当进行管道封底焊时，应采取Ar+2%N2 或Ar+5%N2保护气体，同时还应采取纯Ar或高纯N进行焊缝后面保护，以预防根部焊道铁素体化。熔化极气体保护焊特点时较高熔敷效率，即可采取较灵活半自动焊，也可实现自动焊。
3) 焊材选择 对于焊条电弧焊，依据耐腐蚀性，接头韧性要求即焊接位置，可选择酸性或碱性焊条。采取酸性焊条时，脱渣优良，焊缝光滑，接头成形美观，不过焊缝金属冲击韧性较低，于此同时，为了预防焊接气孔及焊接氢致裂纹需严格控制焊条中含氢量。当要求焊缝金属含有较高冲击韧度，并需进行全位置焊接时，应采取碱性焊条。另外，在根部封底焊时，通常采取碱性焊条，当对焊缝金属耐腐蚀性能有特殊要求时，还应采取超级双相钢成份碱性焊条。对于实芯气体保护焊焊丝，在确保焊接金属含有良好耐腐蚀性和力学性能同时，还应注意其焊接工艺性能。对于药芯焊丝，当要求焊缝光滑，接头成形美观时，可采取金红石型或钛-钙型药芯焊丝。当要求较高冲击韧度或在较大拘束条件下焊接时，宜采取碱度较高药芯焊丝。对于埋弧焊焊丝，宜采取直径较小焊丝，实现中小焊接规范下多层多道焊，以预防焊接热影响区脆化，和此同时，应采取配套碱性焊剂，以预防焊接氢致裂纹。焊接材料要选择比母材含镍量高双相钢焊材, 确保焊缝中奥氏体相占优势,焊缝铁素体含量控制在30%～45%为宜。
4) 焊接工艺参数选择 焊接线能量太大或太小全部不好, 通常控制在0.5～2.5 kJ/cm范围,其具体大小要依据焊件厚度选择。通常焊接时不需要预热, 但焊件壁厚过大或环境温度过低时, 为预防冷速过快造成焊缝和热影响区铁素体含量过高, 必需时要采取预热方法。为避免冷却速度过低而引发析出相产生, 多层/多道焊层间温度要控制。
5) 焊接熔池及后面保护 气体保护焊时保护气体中加氮能够提升焊缝耐蚀性。有效后面气体保护是确保焊接质量前提, 保护气体纯度应满足工艺要求, 应采取有效后面保护工装,开始焊接时要对焊缝后面氧含量进行检测, 满足工艺要求后才能开始焊接。
6) 定位焊缝 定位焊缝焊接时,假如长度过短,焊接未建立起平衡过程即结束,焊缝冷却会很快,可能造成铁素体含量过高、低韧性并因氮化物析出而降低耐腐蚀性能。所以, 如采取定位焊,对定位焊缝最短长度应进行要求, 且应采取较大热输入规范参数。
7) 焊接过程材料保护 材料表面弧击和起弧, 是一个瞬间高温过程, 冷却速度很快,表面显微组织中铁素体含量很高, 这种组织对裂纹和腐蚀很敏感, 应尽力避免, 假如产生必需用细砂轮打磨去除。现场焊接过程中材料保护很关键, 应避免碳钢、铜、低熔点金属或其它杂质对不锈钢污染, 可能情况下, 不锈钢和碳钢管应分开存放和焊接。焊接和切割过程中应采取方法预防飞溅、弧击、渗碳、局部过热等。
5 焊接工艺评定
5.1 SAF2205 双相不锈钢管焊接工艺指导书
SAF2205 双相不锈钢管焊接工艺指导书
单位名称 西安航空职业技术学院
焊接工艺指导书编号 GY001 日期 4月22日 焊接工艺评定汇报编号 PD001
焊接方法 手工TIG焊+焊条电弧焊 机械化程度 半自动化
焊接接头：
坡口形式 Y型坡口
衬垫（材料及规格） ——
其它 ——
简图：
母 材： SAF2205 和 SAF2205 相焊
厚度范围：
母材：对接焊缝 8mm 角焊缝 ——
管子直径、壁厚范围：对接焊缝 —— 角焊缝 ——
焊缝金属厚度范围： 对接焊缝 —
其它 ————
焊接材料:
焊材类别
焊丝
焊材标准
——
填充金属尺寸
Φ2.0
焊材型号
/
焊材牌号
H00Cr18Ni14Mo2
其它
——
耐蚀堆焊金属化学成份(%)
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
V
Ti
Nb
其它:
焊接位置
对接焊缝位置： _平焊
焊接方向：（向上、向下
角焊缝位置______
焊接方向：（向上、向下）
焊后热处理：
温度范围（℃） ——
保温时间（h） ——
预热:
预热 (℃) (许可最低值) _ __100℃_
层间温度(oC)(许可最高值) _ ——_
保持预热时间___2h
加热方法 _ 氧乙炔_
保护气体:
气体种类 混合比 流量(L/min)
保护气 __氩气 _＞99.9% 18～24
尾部保护气 —— —— ——
后面保护气__——__ —— __——_
电特征:
电流种类: 直流 极性: 反接
焊接电流范围:(A) 280～320 电弧电压(V): 26～30
(按所焊位置和厚度,分别列出电流电压范围,记入下表)
焊道/焊层
焊接
方法
填充材料
焊接电源
电弧
电压
焊接
速度
(cm/min)
线能量
(kJ/cm)
牌号
直径
极性
电流 (A)
1
手工TIG焊
H00Cr18Ni14Mo2
2.0mm
反接
280
27
40
11.34
2
焊条电弧焊
A042
3.2mm
/
300
30
45
12
3
焊条电弧焊
A042
3.2mm
/
320
30
47
12.2
钨极类型及直径: 铈钨极 喷嘴直径 (mm): Φ5mm
熔滴过渡形式: 射流过渡 焊丝送进速度 (cm/min): 40～47
技术方法:
摆动焊或不摆动焊: 不摆动 摆动参数: ——
焊前清理和层间清理: —— 后面清根方法: 机械清根
单道焊或多道焊（每面）: 正二反一 单丝焊或多丝焊：单丝焊
导电嘴至工件距离(mm) 3～5 锤击: ——
其它： ——
编制
日期
4月22日
审核
日期
同意
日期
焊接工艺评定汇报
单位名称: 西安航空职业技术学院
焊接工艺评定汇报编号.:PD001 焊接工艺指导书编号 : GY001
焊接方法: 手工TIG焊+焊条电弧焊 机械化程度:半自动化
接头简图：
母材:
材料标准:
类、组别号: SAF2205 和类、组别号: SAF2205相焊
厚度: 8 mm
直径: ——
其它: ——
焊后热处理:
热处理温度(℃): ——
保温时间 (h): ——
保护气体:
气体种类 混合比 流量 (L/min)
保护气体氩气 ≥99.9% 18～24
尾部保护气 ——
后面保护气 ——
填充金属:
焊材标准
焊材牌号： H00Cr18Ni14Mo2
焊材规格: Φ2.0mm
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