双相不锈钢的焊接性分析

双相不锈钢的焊接性分析

昆明冶研新材料股份有限公司潘喜顺

摘要随着我国科技技术的发展与更新，新材料不断涌现。双相不锈钢在工业生产中具有重要地位，本文主要从双相不锈钢的性能特点、用途及焊接性等方面展开分析与比较。并将双相不锈钢（SAF2205）在我公司仪表阀门及重要管道上的焊接实例为题材分析和总结双相不锈钢的焊接工艺。

关键词双相不锈钢焊接性用途

引言

所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下，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的特点，与铁素体相比，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高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

1 双相不锈钢的优势及应用

1.1 与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：

（1）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少

30-50%，有利于降低成本。

表1 部分双相不锈钢的牌号及化学成分(质量分数％）

钢号国别 C Cr Ni Mo Mn Si 其他

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）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。

（3）在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，在一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。

（4）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。

（5）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。

(6）不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。

1.2. 与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下

（1）综合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，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。（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，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。

（5）应用范围较铁素体不锈钢宽。

1.3 我国双相不锈钢的应用

双相不锈钢是根据石油化工中强酸强碱造成的局部点蚀、应力腐蚀以及孔穴式腐蚀现象，一般不锈钢难以胜任的容器、管道以及零部件等而研制的，但由于双相不锈钢除具有很强的各类抗腐蚀性能之外，还具有很好的强度和韧性，为此，在一般民用工程和能源交通方面也逐步得到越来越多的应用，如桥梁、飞机、船舶、汽车以及沿海城市和化工区的装饰建筑等。在石油化工和天然气工业等得到了广泛的应用。

2 双相不锈钢的特性

2.1 双相不锈钢的分类

第一类属低合金型，代表牌号UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），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（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,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（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N），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（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）,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。

2.2 双相不锈钢的基本特点

2.2.1 概念解析

双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。

2.2.2 诞生和发展

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