双相不锈钢的发展历史

双相钢2205(S31803)介绍

线
等.
4.双相不锈钢的发展动向
值得关注的是低合金含锰双相不锈钢的开发.近十年来有关国家如美国，南非等研究以
锰
代镍双相不锈钢的开发，但除铸件外，所开发的新钢种多具有介稳的奥氏体，藉冷变形后马氏
体
的转变提高强度，很难作焊接件使用，也很难适应某些环境，例如会产生应力腐蚀的环境，这
样
使用很局限.近年瑞典开发的低锰低镍双相不锈钢则比较成熟，目标明确，为了节镍以取代用
途
很广的304,甚至可能代替价格与304相当，目前使用并不广的2304双相不锈钢，具有实际推
广的
价值，值得注意.
瑞典Avesta Polarit AB开发的LDX2101双相不锈钢％Cr, 5%Mn, %Ni, %N）
PREN值〉40
（探PREN耐孔蚀指数PREN=Cr%+Mo%+18N%）
低合金型UNS S32304不含钼,在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用.
中合金型UNS S31803的耐蚀性能介于AISI 316L和6%Mo+噢氏体不锈钢之间.
高合金型，一般含25%Cr,还含有钼和氮，有的还含有铜和钨,这类钢的耐蚀性能高于22%Cr
3
高合金型
S32550
25
6
3
2
超级DSS
S32750
25
7
4
从表中可以看岀：S32205是由S31803派生岀的钢种，在ASTM A 240/240M-99a标准中
是在
1999年才纳标的，它的Cr、Mo和N元素的区间都比较窄，容易达到相的平衡（即两相约各占一半）
,改善了钢的强度，耐腐蚀性和焊接性能，多用于性能要求较高和需要焊接的材料，如油气管

不锈钢发展简史

不锈钢发展简史不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。

20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年—1906年和波特万（A.M.Portevin）于1909—1911年在法国；吉森（W.Giesen）于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。

蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。

工业用不锈钢的发明者有：布里尔利（H.Brearly）1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07% —0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。

1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr-18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。

为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢（相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI 321）。

几乎与此同时，在法国的Unieux 实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。

1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。

至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了，且一直延续到现在。

当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N 和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C≤0.03%）奥氏体不锈钢；60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。

2205双相钢

2205双相钢双相不锈钢2205合金是由21％铬,2.5％钼及4.5％镍氮合金构成的复式不锈钢。

它具有高强度、良好的冲击韧性以及良好的整体和局部的抗应力腐蚀能力。

特点：1.双相不锈钢2205合金与316L和317L奥氏体不锈钢相比,2205合金在抗斑蚀及裂隙腐蚀方面的性能更优越,它具有很高的抗腐蚀能力,与奥氏体相比,它的热膨胀系数更低,导热性更高。

2.双相不锈钢2205合金与奥氏体不锈钢相比,它的耐压强度是其两倍,与316L和317L相比,设计者可以减轻其重量。

2205合金特别适用于—50°F/+600°F温度范围内,在严格限制的情况下(尤其对于焊接结构),也可以用于更低的温度。

化学成分：C≤0.030 Mn≤2.00 Si≤1.00 p≤0.030 S≤0.020 Cr 22.0～23.0 Ni 4.5～6.5 Mo3.0～3.5 N0.14～0.20(奥氏体-铁素体型）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，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。

双相不锈钢加工实用指南

锻造奥氏体不锈钢 304L 316L 317L
317 LMN 904L
254 SMO 6% Mo
S30403 S31603 S31703 S31726 N08904 S31254 Various
1.4307 1.4404 1.4438 1.4439 1.4539 1.4547 Various
0.030 0.030 0.030 0.030 0.020 0.020 0.030
18.0- 20.0 16.0-18.0 18.0-20.0 17.0-20.0 19.0-23.0 19.5-20.5 19.5-22.0
铸造双相不锈钢 CD4MCuN Grade 1B CD3MN Cast 2205 Grade 4A CE3MN Atlas 958 Cast 2507 Grade 5A CD3MWCuN
0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.18-0.22 0.18-0.25
0.10-0.25
0.10-0.30
0.10-0.30
0.20-0.30
--
--
Cu
--1.00-2.00
---0.20-0.80 0.50-3.00 1.50-2.50 0.20-0.80 0.50 0.50-1.00
3．2 双相不锈钢中合金元素的作用以下简单介绍几个最重要的合金元素对双相不锈钢
的力学性能、物理性能和腐蚀性能的影响。铬：钢中最少含 10．5％Cr 才能形成保护钢不受大
气腐蚀的稳定的含铬钝化膜。不锈钢的耐蚀性随含铬量的增加而增加。铬是铁素体形成元素，钢中加铬能使具有体心立方晶格的铁组织稳定。钢中含铬量较高时，需要加入
这些第一代双相不锈钢有良好的性能特点，但在焊接状态下有局限性。焊缝的热影响区由于铁素体过多而韧性低，并且耐腐蚀性明显低于基体金属。这些局限因素使第一代双相不锈钢的应用仅限于非焊接状态下的一些特定应用。

双相不锈钢基本特性

第一类属低合金型，代表牌号UNS S32304（），钢中不含钼，PREN值为24-25，在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用。

第二类属中合金型，代表牌号是UNS S31803（）,PREN值为32-33，其耐蚀性能介于AISI 316L 和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。

第三类属高合金型，一般含25%Cr，还含有钼和氮，有的还含有铜和钨，标准牌号UNSS32550（），PREN值为38-39，这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢。

第四类属超级双相不锈钢型，含高钼和氮，标准牌号UNS S32750（）,有的也含钨和铜,PREN 值大于40,可适用于苛刻的介质条件,具有良好的耐蚀与力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相媲美。

国内外主要双相不锈钢牌号的近似对照见表2。

表1 双相不锈钢（DSS）代表牌号的主要化学成分和孔蚀抗力当量值Representative Duplex Stainless Steel Types,MainChemical Analysis and Pitting Resistance Equivalent Number表2 各国主要双相不锈钢牌号的近似对照Comparison of Main Duplex Stainless Steels Of Different Countries工业事业部五分厂2008年8月5日双相不锈钢是指不锈钢中同时具有奥氏体和铁素体两种金相组织结构的不锈钢。

不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。

不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。

不锈钢自本世纪初问世，到现在已有90多年的历史。

不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就，不锈钢的发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础。

不锈钢钢种很多，性能各异，它在发展过程中逐步形成了几大类。

按组织结构分，分为马氏不锈钢（包括沉淀硬化不锈钢）、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体双相不锈钢等四大类；按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素来分类，分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等；按钢的性能特点和用途分类，分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强不锈钢等；按钢的功能特点分类，分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。

特超级双相不锈钢的发展现状及趋势

特超级双相不锈钢的发展现状及趋势双相不锈钢（ＤＳＳ）是固溶组织中铁素体相和奥氏体相各占约一半的双相组织的不锈钢。

由于其独特的组织特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能相结合，使得双相不锈钢兼具两相的优点，在全世界范围内获得越来越广泛的应用。

目前世界双相不锈钢的产量为１５万～４０万ｔ，虽只占不锈钢总产量的１％～３％，但最近１０年年均增长迅猛，仅２００５年到２００８年期间即增长了６倍，目前广泛用于油气、化工、淡水净化、造纸和纸浆、食品和轻工业以及建筑、楼房等结构件方面。

当前双相不锈钢的发展已经历经３代：第１代ＤＳＳ以２０世纪６０年代中期瑞典开发的３ＲＥ６０钢为代表，该钢可用作耐氯离子应力腐蚀环境，但有焊接热影响区的问题；第２代ＤＳＳ为２０世纪７０年代后，结合ＡＯＤ、ＶＯＤ精炼技术的发展，具有超低碳和含氮的特征，其代表牌号为瑞典开发的ＳＡＦ２２０５，点蚀当量指数（ＰＲＥ）为３２～３９；第３代ＤＳＳ为２０世纪８０年代后期发展的超低碳、高钼、高氮含量的超级双相不锈钢（ＳｕｐｅｒＤＳＳ，ＳＤＳＳ），其代表牌号有ＳＡＦ２５０７、ＵＲ５２Ｎ＋、ＺＥＲＯＮ１００等，ＰＲＥ值大于４０。

自第３代超级双相不锈钢开发以来，由于它们在兼具优良的力学性能和高耐蚀性的同时，与拥有相近性能的超级奥氏体不锈钢和镍基合金材料相比，又具有成本优势，因此在诸如油气田、石化及化学处理等工业中的应用迅速增长。

尽管如此，在腐蚀环境更为苛刻的领域，如热海水中长期服役的工况环境，以及对耐蚀／力学性能的综合性能有更高要求的海洋及深海领域，如改良油气回采方法的井口控制系统和深海海底管道和管道缆等工况环境，双相不锈钢的耐蚀性能和力学性能仍无法完全满足使用要求。

另外，从成本控制角度来讲，通过设计厚度的减薄，终端用户可以降低成本，这就对更高强度的材料提出了需求。

因此，随着近年来人们不断提高的要求及双相不锈钢的发展，强度更高、耐蚀性能更优的新一代双相不锈钢材料---特超级双相不锈钢应运而生并得到发展应用。

不锈钢基础知识

.第二部分不锈钢基础知识一、不锈钢的定义在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢具有美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能，通常称为不锈钢。

代表性的有13铬钢，18铬镍钢等。

二、不锈钢的发展历史1904-1906，法国人Guillet首先对Fe-Cr-Ni合金的冶金和力学性能进行了开创性的基础研究1907-1911年，法国人Portevin和英国人Gissen发现了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐蚀性并完成了Guillet的研究工作1908—1911年，德国人Monnartz 揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念1912～1914年，Brearley发明了含12-13%Cr的马氏体不锈钢并获得专利1911-1914年，美国人Dant-sizen发明了含14-16%Cr，0.07%～0.15%C的铁素体不锈钢；德国人Maurer和Strauss发明含1.0％C，15-20%Cr，<20%Ni的奥氏体不锈钢，1934年，美国人Folog获得了沉淀硬化不锈钢专利中国不锈钢生产起步较晚，工业化生产开始于1952年。

1949年以后，电弧炉大量生产不锈钢系1958年，向AISI 204钢中加入Mo2%-3%，研制了1Cr18Mn10Ni5Mo3N(204+Mo), 1959年，开始仿制以Mn、N代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N50年代末到60年代初，工业试制1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等无镍铁素体不锈钢，并开始研究耐发烟硝酸腐蚀的高硅不锈钢1Cr17Ni14Si4ALTi（相当于苏联牌号ЭИ654），此钢种实际上是一种α+γ双相不锈钢。

60年代开始，新钢种17-4PH，17-7PH，PH15-7Mo等沉淀硬化不锈钢研制成功并投入了生产。

70年代起，一些α+γCr-Ni双相不锈钢相继研制完成并正式生产和应用到80年代，第二代α+γ双相不锈钢研制完成并正式生产和应用1985—1990，进行低碳、超低碳不锈钢的开发、生产与应用三、不锈钢的种类不锈钢按用途分为：不锈钢，耐酸钢；按供应状态可分为：热轧，冷轧，锻制及热处理状态；按组织类型可分为：铁素体型：400，409；奥氏体-铁素体型（双相不锈钢）：1.4362，2205；马氏体型：420，430；奥氏体型：201 ,202 ,321，304，304L，309S，310S等。

双相不锈钢

对于实心气体保护焊焊丝，在保证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。
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℃。
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。
（1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60°C以上中性氯化物溶液中容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的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。
（2）含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含 25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L。

4双相不锈钢超塑性

-1
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 750 800 850
2×10-3s-1
5×10-3s-1
/s-1
900 950 ◆超塑性材料的特点是在低应力下显示出巨大的超塑性。利用高压、高速或者超声波的叠加也可能增大塑性。
1.2 超塑性的分类
◆微细晶粒超塑性 ◆相变超塑性 ◆其它超塑性
（1）微细晶粒超塑性
（恒温超塑性、结构超塑性） ◇组织细小 ◇变形温度 ◇应变速率
（2）相变超塑性
T
相变温度
σ t
σ
渗碳深度（mm） 0.57 1.75 4.5
原时间 2小时 10小时 100小时
现时间 28秒 85秒 320秒
◆尤其是美国学者Underwood、Davies分别在1962年、1970年就这一学科做了详细评述之后，超塑性这一术语目前已成为冶金学的专门词汇。 ◆目前，在国内外学者的共同努力下，超塑性材料及其成形技术的研究已经取得了重要的进展。
◆几十年来对金属超塑性进行了大量研究
纺纱槽筒腹鳍
火箭发动机部件
晶内滑移
属于常规变形速度区域。
蠕变
10-4
10-3
10-2
1.4 超塑性的发展
◆金属及合金超塑性的发现应归功于皮尔逊（Pearson）的工作，他在1934年研究Pb-Sn和 Bi-Sn合金的某些力学性质时，观察到其近乎无颈缩的延伸率达2000%。 ◆至于通常所说的“超塑性”是1945年由前苏联学者包赤瓦尔（Боивор）等人首次引入的，随后又得到了前苏联学者的沿用
◆日本NAS- Murdock公司采用这种双相不锈钢超塑性材料成功地制造出了波音737客机用盥洗盆。该产品长1100mm，宽350mm深270mm，是目前最大的不锈钢超塑成形制品，代表了不锈钢超塑性成形的最高水平。 ◆ 1988年前原与小沟又对双相不锈钢超塑性材料的扩散连接进行了研究。

国内外双相不锈钢研究进展及发展方向

国内外双相不锈钢研究进展及发展方向1、双相不锈钢简介双相不锈钢是指在其固溶组织由铁素体与奥氏体双相组成，而且其中一相比例约为4 5％～55％(量少相至少占30%)的不锈钢。

由于两相组织的特征使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，与铁素体不锈钢比，其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性能好，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。

与奥氏体不锈钢相比，其屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，耐氯化物应力腐蚀断裂能力均明显高于300系列的奥氏体不锈钢，耐孔蚀和缝隙腐蚀的能力类似与316不锈钢。

双相不锈钢由于其优异的力学性能和耐腐蚀性能广泛应用于油气、石化、化肥、桥梁、建筑以及化学品船等行业。

2、双相不锈钢国外研究进展双相不锈钢的发展开始于20世纪30年代，1936年名为Uranus 50的钢种在法国获得第一个双相不锈钢专利，至今双相不锈钢已发展了三代。

第一代双相不锈钢以瑞典的3RE60，美国的AISI329为代表钢种。

3RE60是专为提高耐氯化物应力腐蚀断裂性能而研制的双相不锈钢。

AISI 329型双相不锈钢广泛用于硝酸装置的热交换器管道。

第一代双相不锈钢有良好的性能特点，但在焊接状态下有局限性。

焊缝的热影响区由于铁素体过多而韧性低，并且耐腐蚀性明显低于基体金属。

这些局限因素使第一代双相不锈钢的应用仅限于非焊接状态下的一些特定应用。

1968年不锈钢精炼工艺--氩氧脱碳(AOD)的发明，使一系列新不锈钢钢种的产生成为可能。

AOD所带来的诸多进步之一便是合金元素氮的添加。

双相不锈钢添加氮可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐腐蚀性接近于基体金属的性能，氮还降低了有害金属间相的形成速率。

含氮的双相不锈钢被称为第二代双相不锈钢。

2205是第二代双相钢的代表钢种并广泛应用于海上石油平台、化工、造纸等多个领域。

20世纪80年代后期发展的超级双相不锈钢(Super DSS)属于第三代双相不锈钢，代表牌号有SAF2507，UR52N，Zeron100等，这类钢的特点是含碳量低(0.01～0.02%)，含高钼和高氮(Mo 1～4%，N 0.1～0.3%)。

双相不锈钢的发展及应用综述

（）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，些设备的失效往往与焊一接有关。关键在于线能量和层间温度的控制，正确选择焊接
材料也很重要眦焊接接头（。焊缝金属和焊接ＨＡ）Ｚ的两相比
钢种的１广］ｒ和ＣＴ转变曲线，Ｃ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，习、双相不锈钢脆性相的析出比奥氏体不锈钢敏感的多。（）双相不锈钢的连续使用温度范围为－Ｏ５ ℃，３５～２０下限取决于钢的脆性转变温度，上限受到４５７ ℃脆性的限制，
不锈钢的应用范围，为双相不锈钢的选用和新钢种的开发进
一
步创造了条件。双相不锈钢既有一般不锈钢的共性，也有
（在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时，８）要注意钢的
耐腐蚀性总是相对的，都是有适用的条件范围，包括温度、压
力、介质浓度、Ｈ值等。ｐ因此在选材时特别注意，必要时需进
它本身的特性规律，如下即为双相不锈钢安全使用的几点限
制脚和特殊要求以及在主要领域中的应用。２１．双相不锈钢应用中的限制和要求（）１需要对相比例进行控制，最合适的比例是铁索体相
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。
பைடு நூலகம்
和奥氏体相约各占一半，其中某一相的数量最多不能超过６％这样才能保证有最佳的综合性能。５，如果两相比例失调，很容易在焊接ＨＺ形成单相铁素体，在某些介质中对应力Ａ腐蚀破裂敏感［４１。（需要掌握双相不锈钢的组织转变规律，２）熟悉每一个

双相不锈钢在克拉2气田中的应用

２世纪４年代发现奥氏体不锈钢具有应力腐ＯＯ蚀破裂敏感性，许多研究工作都观察铁素体可以降低不锈钢对应力腐蚀破裂敏感性。由于双相不锈钢
收稿日期：０６０ —７２０ —２０
作者简介：陈彰兵（９４）男，１６一，重庆潼南人，高级工程师，９５年毕业于西南石油学院采油工程专业，１８主要从事石油天然气储运设计工作。电话：０８８０４０。（２）６１９４
的危险。
为解决奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题，２世在Ｏ纪２年代末，Ｏ瑞典和法国的钢厂研制了同时具有铁素体和奥氏体的双相不锈钢。瑞典ＡｅｔＪｍｅｖｓｖｒａｅｋＡＢ在１３开发生产了不含钼的４３９０年５Ｅ和含钼的４３两种双相不锈钢。在１４５Ｓ９７年，５Ｓ首先以４３ＳＳ３４Ｉ２列入瑞典材料标准。稍后，２又以ＡＳ２ＩＩ９３
陈彰兵宋德琦汤晓勇，，，张强２
（．国石油工程设计有限公司西南分公司，１中四川成都６０１；１０７２中国石油塔里木油田分公司克拉作业区，．新疆库尔勒８１０）４００
摘要：双相不锈钢，由于具有很高的机械强度和优异的抗腐蚀性，特别是抗Ｃ２Ｃ一Ｏ和ｌ腐蚀，在化工、造纸、海水系统、电站、船舶等行业得到了广泛的应用，近年来在国外石油天然气行业、特别是海上油田中逐渐推广。克拉２气田属海相沉积气田，气田水矿化度高、Ｏ和Ｃ一Ｃ２ｌ含量高，对一般钢材具有强腐蚀性，根据腐蚀试验结果，双相不锈钢是最佳的材料选择。

双相不锈钢

– Super Duplex Stainless Steel (SDSS) originally developed to resist seawater corrosion 超级双相钢最初是为抗海水腐蚀开发
Sandvik Materials Technology
Chemical Composition 化学成分
Pitting resistance is of crucial importance in combination with strength, weldability, toughness and price. 抗点蚀性能至关重要, 强度,可焊性,韧性和价格都有优势
Sandvik Materials Technology
– Sandvik gained experience during extensive work with the alloy 山特维克经过大量工作后得出的经验
• SAF 2304 (UNS S32304)
– Developed by Sandvik as a lean DSS in the 1980’s 节约型双相钢开发于八十年代
Example : Umbilicals in the Oil and Gas Industry
多芯管在石油和天然气工业中的应用实例
The customer worries mainly about the macroscopic properties 用户主要担心宏观性能
The producer controls the final properties by microstructural engineering 生产商用微观组织工程控制最终性能
Ph.D Jan-Olof Nilsson Sandvik Materials Technology 瑞典山特维克材料技术公司

双相不锈钢焊接介绍Duplex SS briefing

Do It Right The First Time
2. 耐腐蚀性能下图给出了硫酸溶液的腐蚀数据
Do It Right The First Time
2. 耐腐蚀性能下图给出了固溶态的临界点蚀和缝隙腐蚀温度
Do It Right The First Time
2. 耐腐蚀性能
Do It Right The First Time
3. 2205双相不锈钢一般焊接准则
Do It Right The First Time
3. 2205双相不锈钢一般焊接准则
Do It Right The First Time
3. 2205双相不锈钢一般焊接准则
Do It Right The First Time
3. 2205双相不锈钢一般焊接准则
所有双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀断裂的能力均明显强于300系列奥氏体不锈钢，而且其强度也大大高于奥氏体不锈钢，同时表现出良好的塑形和韧性。
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1. Introduction
双相不锈钢的制造加工与奥氏体不锈钢的制造加工有许多相似之处，但也有重要的区别。
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3. 2205双相不锈钢一般焊接准则
Key Areas
• • • • • • Good Weldability Uses Conventional Welding Processes Joint Design Role of Nitrogen Heat Input Important Interpass Temperature
Briefing about Duplex Stainless Steel 双相不锈钢简介

2205双相不锈钢的知识

普及一下2205双相不锈钢的知识!※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，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、Mo、N、Ni，它们在双相钢中的作用如下：1、Cr钢中最少含有10.5%的Cr才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜。

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、MoMo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、NN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。

S31803双相不锈钢简介

S31803双相不锈钢性能、用途及发展历史S31803双相不锈钢性能、用途双相不锈钢S31803是一种铁素体-奥氏不锈钢，属于第2代中合金双相不锈钢。

上世纪80年代初，我国开始研制与S31803双相不锈钢相当的00Cr22Ni5Mo3N 双相不锈钢，其金相组织中铁素体F与奥氏体A各占约50％。

它综合了铁素体和奥氏体最有益的性能：铁素体相使钢材具有较高的强度和耐氯化物应力腐蚀性能，奥氏体相使钢材具有良好的韧性和耐腐蚀性能。

因此，S31803具有很好的抗氯离子应力腐蚀开裂，比铁素体不锈钢有更好的抗氯离子点蚀和缝隙腐蚀能力，很好的抗普通腐蚀的能力，很好的抗硫化物应力腐蚀能力。

S31803双相不锈钢作为一种耐腐蚀性好、强度较高（屈服强度为其他奥氏体钢的2-3倍）的钢种，该钢铬和钼的含量都很高，因此具有极好的抗点腐蚀和均匀腐蚀的能力。

双相微观组织保证了该钢具有很高的抗应力腐蚀破裂的能力，同时机械强度也很高。

由于其优良性能，双相不锈钢S31803的可用于：食品工业设备、造纸工业设备、火电厂烟气脱硫设备、海上石油平台、脱盐设备等特殊化工环境设备：油田管道和设备，其他化工设备。

用于炼油, 化肥,造纸、石油、化工等耐海水耐高温浓硝酸等的热交换器和冷淋器及器件。

双相不锈钢虽然拥有良好的机械与耐腐蚀性能，但在由钢材制成产品的加工过程中，焊接加工特别是熔化焊方法，因为其经济性及良好的适应性，在不锈钢产品的生产制造中起着主导作用。

据研究统计：英国、美国的焊接加工用钢量为其钢产量的60 %～70 % ，我国焊接用钢量约占总产量的25 %。

焊接工艺过程中固有的局部加热以及冷却的热循环作用及材料本身的膨胀、收缩现象，会使焊接接头区域的性能与原始材料的性能存在显著差异，特别是耐腐蚀性能恶化，这是钢材的使用中特别重要而又不可回避的问题。

钢材点腐蚀的危害巨大，具有很高的穿透速率。

由于点蚀形成小阳极大阴极的活性-钝性腐蚀电池，所以阳极电流密度很大，穿孔迅速。

双相钢发展历程

双相钢发展历程双相钢是一种特殊的钢铁材料，具有优异的综合性能，被广泛应用于汽车制造、船舶建造、石油化工等领域。

它的发展历程可以追溯到20世纪初期。

20世纪初期，双相钢的概念首次提出。

当时，科学家们发现在钢铁中引入适量的奥氏体相和铁素体相，可以显著改善其力学性能。

然而，由于当时的冶金技术水平有限，无法实现双相钢的大规模生产，这一概念并没有引起广泛关注。

随着冶金技术的不断发展，20世纪30年代，双相钢的研究逐渐得到了重视。

瑞典的冶金学家托兰德·奥伯格在研究中发现，通过适当的热处理可以在钢中形成均匀的奥氏体和铁素体组织，从而达到优化材料性能的目的。

这一发现为双相钢的工业化生产奠定了基础。

到了20世纪50年代，随着冶金学理论的深入研究和实验技术的不断改进，双相钢的生产技术得到了大幅提升。

瑞典的钢铁公司沃尔沃首次将双相钢应用于汽车制造中，取得了显著的效果。

双相钢的强度和塑性得到了有效平衡，大大提高了汽车的安全性能。

这一成功案例引起了全球钢铁行业的广泛关注，双相钢开始逐渐流行起来。

双相钢的发展并没有止步于此。

20世纪60年代，随着冷轧技术的成熟，双相钢的生产工艺得到了进一步改进。

冷轧工艺可以使钢材的织构更加均匀，颗粒更加细小，从而提高材料的强度和韧性。

这使得双相钢在船舶建造、石油化工等领域得到了广泛应用。

近年来，双相钢的研究与应用仍在不断推进。

随着材料科学和冶金工艺的进步，双相钢的性能不断提高，应用范围也不断扩大。

例如，在新能源汽车领域，双相钢可以用于制造电池壳体和车身结构，提高整车的安全性和能量密度。

在海洋工程领域，双相钢可以用于制造海底管道和海上平台，抵抗海水的腐蚀和压力。

在石油化工领域，双相钢可以用于制造高压容器和管道，承受极端工况下的高温和高压。

双相钢作为一种特殊的钢铁材料，在过去的百年中经历了从概念到工业化生产的发展过程。

随着冶金技术的不断提升和应用领域的不断扩大，双相钢的性能和应用前景将会更加广阔。

李老文章

对双相不锈钢的一些了解中国铸造协会李传栻含Cr18%左右、含Ni8%左右的不锈钢（18-8铬镍不锈钢），通常称之为奥氏体不锈钢。

实际上这种钢的组织中并不完全是奥氏体，都含有一定量的铁素体，铁素体所占的体积分数，决定于不锈钢的实际化学成分，约在5%～20%之间。

这里所说的双相不锈钢钢，与其不同之处是铁素体含量高得多，约占50％左右。

铸造双相不锈钢的开发和应用，按正式的记载，最早开始于上世纪50年代。

当时，为了寻求一种耐蚀性能不低于18-8铬镍不锈钢、而强度更高的铸造不锈钢，美国合金铸造学会（ACI）支持并资助了这项研究课题，研究的结果是创立了牌号为CD-4MCu的铸造双相不锈钢，并于1959年列为标准牌号，其化学成分（质量分数，%）是：C Si Mn Cr Ni Mo Cu P S≤0.04 ≤1.0 ≤1.0 24.5～26.5 4.75～6.00 1.75～2.25 2.75～3.25 ≤0.04 ≤ 0.04CD4MCu双相不锈钢中铁素体含量高，且含有铜和钼，与奥氏体不锈钢相比，抗晶间腐蚀、点腐蚀性能都比较好，抗氯化物应力腐蚀的能力有很大改善，尤适于制造在海水中作业的铸件。

同时，CD4MCu的力学性能也优于奥氏体不锈钢,屈服强度是18-8不锈钢的二倍以上。

但是，这种双相不锈钢中，有几种导致脆性的因素，作为一种铸造用钢，在用以制造厚壁铸件、或壁厚差别较大的铸件时，在浇注后的冷却过程中、铸件焊修时、热处理过程中、以及铸件长时间在320℃以上作业时，铸件都易于产生裂纹。

因此，尽管CD4MCu不锈钢有很多优点，但作为一项良好的铸造钢种，却一直存在着争议。

针对这些问题，在合金成分的改进、各项工艺参数的优化方面，都有不少同行进行了大量的研究工作。

为了适应各种工况条件对铸件质量的要求，双相不锈钢当然不能只局限于CD4MCu一种，因而，通过适当调整成分的组配，不断增加了新的品种。

要特别强调的是：双相不锈钢中增加一定的氮含量，在很多方面都会使钢的性能大幅度改善，几十年来，已为很多研究工作的结果所确认。

2205双相不锈钢焊接、热处理、金相分析论文

1 前言双相不锈钢发展应用开始于20世纪30年代，至今已发展了三代双相不锈钢。

第一代双相不锈钢：(1) 以美国在20世纪40年代开发的AISI329钢为代表，含高Cr、Mo，耐局部腐蚀性能好，但含碳量较高（C≤0.10%），焊接后其接头耐腐蚀性和韧性都较差，使钢在应用上受到限制，只适用于铸锻件。

(2) 日本在美国329钢基础上降低了含碳量，开发了SUS329J1钢，可作为焊接用钢。

(3) 60年代中期，瑞典开发了著名的3RE60钢，特点是超低碳，含Cr量为18%。

焊接及成型性能良好，使之成为第一代双相不锈钢的代表钢种。

第二代双相不锈钢：(1) 20世纪80年代瑞典先开发了不含Mo的超低碳型双相不锈钢。

代表钢种为SAF2304钢。

(2) 而后在第一代双相钢的基础上开发了含氮的超低碳型双相不锈钢。

典型钢种是瑞典开发的SAF2205钢，使双相钢应用范围很广。

第三代双相不锈钢：(1) 20世纪50年代后期发展了超级双相不锈钢，其特点是含碳量低（≤0.03%）含Mo、N量高（Mo约为4%，N约为0.3%）；钢中铁素体含量达到40~45%；具有优良的抗点蚀能力，其PRE值大于40。

代表钢种为SAF2507钢。

双相不锈钢作为一种特殊的不锈钢材料，正在被日益广泛地应用于压力容器等相关的设备中。

双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比，在抗晶间腐蚀、腐蚀、点蚀、间隙腐蚀，特别是抗氯化物导致的应力腐蚀开裂方面具有绝对的优势。

在石油、化工领域里应用前景非常远大。

如表1-1所示为部分双相不锈钢的牌号与化学成分[1]。

表1-1 部分双相不锈钢的牌号与化学成分数据来源：2004年2月《焊接设备与材料[J].焊接技术》2 双相不锈钢双相不锈钢系指不锈钢中既有奥氏体（α），又有铁素体（γ）组织结构的钢种，而且此二相组织要独立存在，且含量较大。

一般认为，在奥氏体基体上有≥15%铁素体或在铁素体基体上有≥15%的奥氏体，均可称为奥氏体+铁素体双相不锈钢，本文简称为双相不锈钢。

双相钢2205(S31803)介绍

双相不锈钢2205(00Cr22Ni5Mo3N,S31803)介绍双相不锈钢2205的用途：用于炼油, 化肥,造纸,石油,化工等耐海水耐高温浓硝酸等的热交换器和冷淋器及器件。

双相不锈钢的主要代表牌号DSS一般可分为四类:低合金型--代表牌号是UNS S32304（）PREN值24～25中合金型--代表牌号是UNS S31803（）,PREN 值32～33高合金型--标准牌号有UNS S32550（）,PREN 值38～39超级双相不锈钢型--标准牌号有UNS S32750（）,PREN值＞40(※ PREN 耐孔蚀指数PREN=Cr%+×Mo%+16×N%)低合金型UNS S32304不含钼, 在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用.中合金型UNS S31803的耐蚀性能介于AISI 316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间.高合金型,一般含25%Cr,还含有钼和氮,有的还含有铜和钨,这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢.超级双相不锈钢型,含高钼和氮,有的也含钨和铜, 可适用于苛刻的介质条件,具有良好的耐腐蚀与力学综合性能,可与超级奥氏体不锈钢相比美.代表牌号的主要化学成分━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━从表中可以看出: S 32205是由S31803派生出的钢种, 在ASTM A 240/240M-99a标准中是在1999年才纳标的,它的Cr、Mo和N元素的区间都比较窄,容易达到相的平衡(即两相约各占一半) , 改善了钢的强度,耐腐蚀性和焊接性能,多用于性能要求较高和需要焊接的材料,如油气管线等.4. 双相不锈钢的发展动向值得关注的是低合金含锰双相不锈钢的开发. 近十年来有关国家如美国,南非等研究以锰代镍双相不锈钢的开发,但除铸件外,所开发的新钢种多具有介稳的奥氏体,藉冷变形后马氏体的转变提高强度,很难作焊接件使用,也很难适应某些环境,例如会产生应力腐蚀的环境,这样使用很局限.近年瑞典开发的低锰低镍双相不锈钢则比较成熟,目标明确,为了节镍以取代用途很广的304,甚至可能代替价格与304相当,目前使用并不广的2304双相不锈钢,具有实际推广的价值,值得注意.瑞典Avesta Polarit AB开发的LDX 2101 双相不锈钢%Cr, 5%Mn, %Ni, %N), 由于提高了钢中的氮,获得了稳定的奥氏体,相的平衡与组织稳定性都较好,对金属间相的析出不敏感,在析出最敏感的温度650℃,保温10h后的冲击值才降至50J，其组织稳定性较2205钢好。