材質(zhì)雙相不銹鋼

雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。

歷史發(fā)展

雙相不銹鋼從20世紀(jì)40年代在美國誕生以來，已經(jīng)發(fā)展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達(dá)400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍，因此可以節(jié)約用材，降低設(shè)備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質(zhì)環(huán)境比較惡劣（如海水，氯離子含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。

同奧氏體不銹鋼一樣，雙相不銹鋼是一類按腐蝕特性排列的鋼種，腐蝕性能取決于它們的合金成分。雙相不銹鋼一直在不斷發(fā)展，現(xiàn)代雙相不銹鋼可分為5種類型:

不加鉬的經(jīng)濟型雙相不銹鋼如 2304；

標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼如 2205，是主要的鋼種，占雙相鋼用量的80%以上;

25Cr雙相不銹鋼如合金255，PREN*值小于40;

超級雙相不銹鋼，PREN值 40~45含25%~26%Cr，與含25%Cr雙相不銹鋼相比，鉬和氮的含量增加，如2507;

特超級雙相不銹鋼，PREN值超過45的高合金化雙相不銹鋼。

備注：*PREN = 點蝕當(dāng)量數(shù)

=%Cr+3.3(%Mo+0.5%W)+16%N

一般認(rèn)為，雙相不銹鋼的相平衡比例為30%~70%的鐵素體比奧氏體時，可以獲得良好的性能。但雙相不銹鋼常常被認(rèn)為是鐵素體和奧氏體大致各占一半，在目前的商品化生產(chǎn)中，為了獲得佳的韌性和加工特性，傾向于奧氏體的比例稍大一些。主要的合金元素尤其是鉻、鉬、氮和鎳之間的相互作用是非常復(fù)雜的。為了獲得穩(wěn)定的有利于加工和制造的雙相組織，注意使每種元素有適當(dāng)?shù)暮俊?br />
除了相平衡以外，有關(guān)雙相不銹鋼及其化學(xué)組成的第二個主要問題是溫度升高時有害金屬間相的形成。高鉻高鉬不銹鋼中形成σ相和x相，并在鐵素體相內(nèi)析出，氮的添加大大延遲了這些相的形成。因此在固溶體中你持足夠量的氮是很重要的。隨著雙相不銹鋼制造經(jīng)驗的增加，控制窄的成分范圍的重要性變得越來越明顯。

耐酸腐蝕

雙相不銹鋼在硫酸溶液的腐蝕數(shù)據(jù)。介質(zhì)條件從低酸濃度的弱還原性環(huán)境到高濃度的氧化性環(huán)境及中等濃度的強還原性環(huán)境的熱溶液不等。2205和2507雙相不銹鋼在酸濃度大約15%的溶液中，性能優(yōu)于許多高鎳奧氏體不銹鋼，在酸濃度至少為40%的范圍內(nèi)，雙相鋼優(yōu)于316或317不銹鋼。雙相不銹鋼在這種含氯化物的氧化性酸中也很有用。雙相不銹鋼的含鎳量不足以耐受中等濃度硫酸溶液或鹽酸的強還原性腐蝕。在酸濃縮處還原性環(huán)境濕/干的界面，則腐蝕尤其是鐵素體的腐蝕就會開始并快速進展。雙相不銹鋼耐氧化性腐蝕的性能使它們成為硝酸和強有機酸裝置優(yōu)良的候選材料。

耐應(yīng)力腐蝕斷裂

雙相不銹鋼早期的某些應(yīng)用是基于它們耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂(SCC)的性能。與具有類似耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能的奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼表現(xiàn)出明顯的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能。雙相不銹鋼在化學(xué)加工工業(yè)的許多應(yīng)用都是在有很大的應(yīng)力腐蝕斷裂危險的場合，代替奧氏體不銹鋼的使用。然而，和其他所有材料一樣，雙相不銹鋼在特定條件下也易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。這種情況可能發(fā)生于高溫、含氯化物的環(huán)境或存在促使氫致斷裂的介質(zhì)條件。雙相不銹鋼可能會發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的環(huán)境條件如42%的沸騰氯化鎂溶液試驗，金屬處于高溫并暴露于加壓含水氯化物系統(tǒng)的液滴熱發(fā)試驗，系統(tǒng)中的溫度可能常壓下的溫度。

表4總結(jié)了在不同腐蝕程度的各類試驗介質(zhì)中，幾種不銹鋼的氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂行為。表左右兩側(cè)介質(zhì)分別由于含有酸性鹽和溫度高，介質(zhì)條件苛刻。表中間的介質(zhì)條件不那么苛刻。鉬含量小于4%的標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼在所有這些條件下均發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂，而雙相不銹鋼能夠耐受上述中間范圍的溫和介質(zhì)條件。