材质：00Cr18Ni5Mo3Si2(UNS S31500)(3RE60) 、00Cr22Ni5Mo3N(UNS S31803/S32205) (SAF2205) 、 00Cr25Ni7Mo4(UNS S32750)(SAF2507)

常用标准：国标（GB13296－91 、GB/T14976-2002 、 GB/T14975-2002）

美标 (ASTMA789 、ASTMA790 、 ASTMA1016 、 ASTMA999、

ASTMA928)

名称：双相不锈钢元钢

规格：∮12－∮260MM

材质：00Cr18Ni5Mo3Si2 (UNSS31500)(3RE600) 、 00Cr22Ni5Mo3N (UNSS31803/S2205) (SAF2205) 、00Cr25Ni7Mo4N(UNSS32750) (SAF2507)

常用标准:国标(GB 1220)

美标(ASTMA276 、ASTMA479 、ASTMA484)

名称：不锈钢弯头、三通、四通、异径管、翻边管、管帽、丝扣、承插焊管件

规格：DN15－1200MM压力等级PN2.5－32Mpa (150LB-3000LB)

材质: 00Cr18Ni5Mo3Si2 (UNSS31500)(3RE600) 、 00Cr22Ni5Mo3N (UNSS31803/S2205) (SAF2205) 、00Cr25Ni7Mo4N(UNSS32750) (SAF2507)

常用标准:国标(GB12459 、GB/T13401) 、美标:(ASMEB16.9 、ASMEB16.28)

德标(DIN 2605 、DIN 2615 、DIN 2616 、DIN 2617) 日标(JIS B2311 、JIS B2220)

名称:高颈对焊法兰、平焊法兰、承插焊法兰、凹凸面法兰、松套法兰、法兰盖

规格:1/2’’-48’’

压力等级:0.6Mpa-32Mpa (150Lb—2500Lb)

材质: 00Cr18Ni5Mo3Si2 (UNSS31500)(3RE600) 、 00Cr22Ni5Mo3N (UNSS31803/S2205) (SAF2205) 、00Cr25Ni7Mo4N(UNSS32750) (SAF2507)

常用标准:美标ASTM A182 、ASTM A788 、ASTM A815 、ANSI B16.5

双相不锈钢及其焊接材料

• 双相不锈钢的成分和特性

奥氏体-铁素体双相不锈钢是指不锈钢中既有奥氏体组织又有铁素体组织的钢种，一般最少相的含量应大于15%，而实际工程中应用的双相不锈钢多以奥氏体为基体含有不少于30%的铁素，最常见的是两相各占约50%的双相不锈钢。

1.化学成分和组织

在奥氏体不锈钢的基础上提高铁素体形成元素Mo、Si和Nb等的含量，降低奥氏体形成元素Ni、C、Mn和N含量，就得到奥氏体和铁素体占一定比例的双相组织。由于具有奥氏体-铁素体双相组织，双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的韧性高，脆性转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均有显著提高；它同时还保留了铁素体不锈钢所具有的较高强度和高耐氯化物应力腐蚀性能等，还有如475℃脆性，热导率高，线胀系数小，有磁性等特点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的强度高，尤其是屈服强度显著提高，且耐晶腐蚀、耐应力腐蚀、孔蚀及耐腐蚀疲劳等性能有明显改善。

双相不锈钢一般含C不大于0.03%，含Cr18%-28%,Ni的含量为4.5%-8%，Mo的含量为1.0%-4.0%，N的含量为0.1%-0.3%，有的还加入Cu、W、Ti等元素以提高耐腐蚀性。

2.物理性能、力学性能和耐蚀性

（1）物理性能：双相不锈钢的物理性能介于铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢之间，与奥氏体不锈钢相比，热导率大，线胀系数小，并且有铁磁性。

（2）力学性能：双相不锈钢的屈服强度约为18-8型奥氏体不锈钢的2-3倍，抗拉强度与奥氏体不锈钢相当或略高。尽管双相不锈钢都保留有铁素体不锈钢的a相脆性和475℃脆性问题，但由于奥氏体的存在，其脆性倾向明显低于铁素体不锈钢。连续使用的温度范围为-50-250℃，一般不宜在300℃以上使用。

(3)焊接性能：双相不锈钢焊接后热裂的倾向比奥氏体不锈钢低，脆性倾向比铁素体低，但焊接会导致焊缝区域铁素体含量增多，晶间腐蚀敏感性增大。为保证焊缝性能，焊后组织中应含有50%以上的奥氏体相。

（4）耐蚀性：双相不锈钢中的a和r两相在通常的腐蚀介质中都能钝化，Cr22和Cr25型双相不锈钢在各种介质中的耐腐蚀性均超过316L钢。

双相不锈钢的突出优点是耐应力腐蚀断裂，其主要原因是：由于两相组织存在，应力腐蚀裂纹在穿过相界时频繁受阻，扩展困难；双相不锈钢屈服强度较高，在相同外加应力下不易发生滑移，裂纹难以形成；铁素体相对于奥氏体是阳极，对奥氏体相有一定的阴极保护作用。此外，双相不锈钢晶粒细，晶界总面积较大，晶界炭化物浓度较低，不易形成连续的网状碳化物。

2. 双相不锈钢的分类

双相不锈钢一般可分为四类：

• 类属Cr18型，代表性牌号有UNS S31500(18Cr-5Ni-2.7Mo),PREN(PRE)值为29，在耐应力腐蚀方面可以代替304或316使用。
• 第二类属Cr22型，代表性牌号是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N），PREN值为32-33，它的耐腐蚀性能介于AISI316L和含6%Mo+N的奥氏体不锈钢之间。
• 第三类属Cr25型，一般含Cr25%，还含有钼和氮，有的含有铜和钨，代表性牌号有UNS S32550（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N），PREN值为38-39，这类钢的耐腐蚀性能高于22%C型双相不锈钢。
• 第四类为超级双相不锈钢型。含钼和氮高，代表性牌号有UNS S32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N），有的也含W和Cu，PREN值大于40，可适用于苛刻的介质条件，具有良好的耐蚀性与综合力学性能，可与超级奥氏体不锈钢媲美。

3.合金元素对双相不锈钢耐应力副食性能的作用

一种元素对某一特定介质应力腐蚀有效，不一定对其他介质也有效。对于氯化物介质，合金元素在双相不锈钢中的作用并不完全与在奥氏体不锈钢中的作用相同。使铁素体稳定的元素，如铬和钼等同样对双相不锈钢有利，但是如碳和氮等对增加奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂敏感性的元素，对双相不锈钢来说并不完全如此，从双相不锈钢的应力腐蚀机理可知，双相组织结构起着重要作用，两相的比例首先取决于钢中的Cr和Ni的当量值，除了必需的Ni外，C和N也是重要元素，需要加以考虑。

（1）碳为保证耐蚀性能，第二代双相不锈钢中的碳含量一般不大于0.03%，第三代超级双相不锈钢中碳含量不大于0.02%。（2）氮是第二﹑第三代双相不锈钢中的重要元素，与在奥氏体不锈钢中作用不同，它能提高钢的耐应力开裂性能，尤其在孔蚀性能，与富Cr﹑Mo的铁素体相取得平衡，提高了材料整体的耐孔蚀性能；在焊接接头的耐腐蚀性。此外，N还能减轻Cr﹑Ni等元素在来年感相中分布的差异，降低选择腐蚀的倾向性。

（3）镍当钢中含Ni 1%-2%时，钢为单相铁素体组织，耐应力腐蚀性能最差，钢中的含Ni量增加到6%-8%时，铁素体相为40%-50%，耐应力腐蚀性能。

（4）钼由于Mo能显著提高双相不锈钢在氯化物介质中的耐孔蚀性能，因而在以孔蚀为起源的应力腐蚀条件下，钢中的Mo是有益的。钢中的Mo含量提高，耐腐蚀应力开裂性能越好。

4.双相不锈钢的焊接

1.双相不锈钢的焊接冶金特点

由于双相不锈钢以a,r两相存在，其焊接热裂倾向很小，焊前不需预热，焊后不需进行热处理。尽管双相不锈钢的焊接性很好，但也不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接工艺。

双相不锈钢的高耐腐蚀性和力学性能除受化学成分的影响外，尤其是HAZ维持必要的r像数量是焊接双相不锈钢的关键。一般认为，双相不锈钢的相比例是50/55，正常情况焊缝金属含25%-65%铁素体。在焊接热循环的作用下，双相不锈钢的组织变化较大，热影响区的相比例直接影响接头性能。按照焊接热循环的峰值温度高低，双相不锈钢的热影响区可划分为高温区，固熔区，中温区和低温区。低温区（低于400℃）的组织不发生变化；中温区（400-900℃）有析出物析出，如碳化物、ó相等，在正常情况下很少发现；固溶区（900-1100℃）的铁素体相虽然随峰值温度增高而增多，但两相比例变化不大，各项性能亦无下降趋势。高温区的低温部分，温度约在1100-1250℃之间，晶粒开始长大，奥氏体数量仍然较多（一般大于30%），脆性析出物少，故性能下降不太大。高温区的高温段，温度约在1280℃至熔点，也称为过热区，该区组织发生急剧变化。在焊接加热过程中，当温度升到一定程度时，奥氏体开始向铁素体转变，当峰值温度大于1280℃，即使时间很短，也会形成等轴纯铁素体组织，晶粒粗大，在冷却过程中则发生铁素体向奥氏体转变。焊接热循环的冷却过程在中，由于从过热区峰值温度到400℃的时间很短，焊条电弧焊通常只有20-30S，而在铁素体向奥氏体转变的高温区和固熔区停留时间还不到10S，因此相变过程难以达到平衡，相对于母材的固熔态来说，奥氏体组织的比例要减少。研究表明：在热影响区，必须有一定量的奥氏体才能将铁素体包围，形成奥氏体与铁素体的晶界，而且奥氏体还要在铁素体的晶内析出才能获得满意的性能。一般来说，过热区奥氏体组织占20%-30%是合适的。

双相不锈钢的焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点，同时又减少了其各自的不足之处，总结如下：

• 热裂纹敏感性比奥氏体钢小的多。
• 双相不锈钢焊接时主要问题不在焊缝，而在热影响区，因为在焊接热循环作用下，HAZ处于快冷非平衡态，冷却后总是保留更多的铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹（脆化）的敏感性。
• 双相不锈钢焊接接头有析出a相脆化的可能，a相是Fe、Cr和Mo的金属化合物，它在600-1000℃范围从铁素体中析出。形成a相需经一定的时间，一般1-2min萌生，3-5min σ相增多并长大，因此，焊接时应采取小的热输入，快速冷却，消除应力处理应采用较低温度，如550-600℃。
• 双相不锈钢含有约50%的铁素体，同样也存在475℃的脆性，但不如铁素体不锈钢那样敏感。双相不锈钢中的铁素体在300-525℃之间长期保温会析出高Cr的a’相，且在475℃最敏感，使双相不锈钢发生脆化，故应限制其长期连续工作温度不得高于250℃，上限温度不能超过300℃

2.双相不锈钢的焊接方法

所有常用的焊接方法（如焊条电弧焊﹑钨极氩弧焊﹑熔化极气体保护焊﹑埋弧焊等）都可用于双相不锈钢的焊接。电子束焊只能用于焊接含N量高的双相不锈钢，因为在这种焊接过程中奥氏体化元素N的损失无法通过填充金属进行补充，会引起焊缝金属中的r相的严重不足而使组织性能恶化。通常情况下应该避免不加填充材料的电子束焊。

焊条电弧焊灵活方便，并可以实现全位置焊接，是焊接双相不锈钢的常用方法。钨极氩弧焊焊接质量优良，广泛用于管道的封底焊缝管道的焊接。通过对双相不锈钢TIG焊进行研究可知，焊接含N量为0.16%的双相不锈钢时，应在Ar气中加入1.0%-1.2%的N2的N2气，对于典型的含N量为0.25%的超级双相不锈钢，在Ar气中则加入2.0%-2.5%的N2。在单面焊根部道时，通常采用Ar+N2混合气体的钨极气体保护焊。但是用TIG焊在纯Ar气中不加填充材料焊接双相不锈钢时，由于焊接熔池中的氮损失以及快速冷却，会使含N量较底的双相不锈钢焊缝中的δ相含量增加。氮气比例对焊缝中奥氏体含量的影响示如下图。

氮气比例对焊缝中奥氏体含量的影响

无填充材料的TIG焊只适用于含氮量高的双相不锈钢（N为0.4%），当焊接含氮量较低的双相不锈钢时，为了解决δ相含量较高的问题，可采用Ar+N2的混合气体代替纯Ar作为保护气体。

TIG封底焊的背面气体保护是非常重要的，一般采用Ar﹑Ar+(2%--5%)N2混合气。为了改善根部焊道背面一侧的耐点蚀性，推荐用90%N2+10%H2混合气体。此时，根部焊道的含氧量非常低（<100×1/10-6）。当预测根部焊道铁素体含量很高（>70%）时，背面保护气体中的氢会使铁素体中产生显微裂纹。为了避免这种裂纹，则应用纯Ar作背面保护气体。

对于厚板，也可采用实芯焊丝的气体保护焊。实芯焊丝气保焊采用的保护气体可以是Ar+2%O2,也可用Ar+(20%--30%)最多He+1%O2（或最多加2%CO2），例如70%Ar+29.5%He+0.5%CO2混合气体。药芯焊丝气保可以采用Ar+2%O2或100%CO 2作刨花气体。

埋弧焊可得到高的焊接生产率，通常使用￠2.4—4.0mm双相不锈钢焊丝，配碱性焊剂（如Boniczewski,碱度值为2.3），开V形或X形坡口，热输入最多不超过30KJ/cm。单面埋弧焊时，可采用手工焊或药芯焊丝气保焊进行跟部封底（背面可用陶瓷衬垫）。

3.双相不锈钢的焊接方法

双相不锈钢用焊接材料的焊缝组织是奥氏体占优的双相组织（一般奥氏体含量约为60%--70%），主要耐腐蚀元素（如Cr﹑Mo﹑Cu等）含量与母材相当，从而保证了与母材有相当的耐腐蚀性。最初，采用同母材成分相近的焊材焊接，焊缝凝固时，初始组织通常为δ铁素体，随着温度的下降，发生δ相向γ相的转变和碳氮化和物的析出。由于冷却速度快，δ相向γ相的转变极不平衡，焊缝组织中的铁素体占绝大多数，有的焊缝甚至出现纯铁素体组织，这时，冲击韧性和耐腐蚀性均达不到母材的要求。为了保证焊缝中的奥氏体含量，通常都提高Ni和N的含量，亦即提高2%--4%的镍当量。在双相不锈钢母材中，一般都含有一定量的N，但焊材中的N量不宜太多，否则会产生气孔，这样Ni含量较高就成了焊材与母材的一个主要区别。例如，2205双相不锈钢含镍5%左右，而配套的E2209焊条，起熔敷金属中镍含量则为9%左右。

目前，双相不锈钢已有许多品种，除Cr-Ni-Mo-N双相不锈钢外，还有含W或Cu的双相不锈钢，但目前AWS的不锈钢焊接材料标准中的通常只列出2205双相不锈钢和2507超级杀相不锈钢有焊材，且美国AWS标准（我国的GB标准即等效采用AWS标准）与欧洲EN标准中的焊材性能要求存在一定的差异。通常E（ER）2209（EN标准为22 9 3NL）用来焊接2205钢，而2507等超级双相不锈钢焊接则采用E（ER）2553或25 9 4NL焊材。表20-5列出了AWS标准与EN标准对双相不锈钢焊条成分和性能的要求。

国内外已研制出各种双相不锈钢用焊接材料，包括焊条，气保焊用实芯焊丝及药芯焊丝，埋弧焊用焊丝及配套焊剂，堆焊用焊带及焊剂等。中国钢研的双相不锈钢焊接材料列于表20-6。瑞典山特维克（Sandvik）的双相不锈钢焊接材料列于表20-7。

表20-6中国钢研研究的双相不锈钢焊接材料

表20-7瑞典山特维克（Sandvik）双相不锈钢焊接材料的化学成分

4.双相不锈钢的焊接工艺要求

下面的焊接工艺要点以被成功能够地用于含氮的奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接。

• 填充金属应有一定的含N量，Ni的含量要比母材适当提高。
• 焊接时，热影响区和焊缝的冷却时间t12/8不能太短，应根据材料厚度选择合适的冷却速度。焊接厚板时，尤其当板厚大于20mm时，应采用较高的热输入；反之，当焊薄板时，尤其是板厚小于5mm时，应采用较小的热输入。
• 适当控制焊道厚度。在多层多道焊时，后续焊道对前面焊道及前面的热影响区有热处理作用能够。次焊接热影响区的过热区，正位于第二次热影响区的固溶区，这样，后续焊接对前道焊接的过热区进行固溶处理，使奥氏体进一步析出，同时对进一步细化晶粒﹑减少碳氮化物都是极其有益的。
• 补焊及不加填充金属的焊接会使焊缝中的δ铁素体增加，有产生脆性相（б相）的危险。尤其是2507干焊缝更敏感。
• 如果焊接热影响区很小，并且晶粒细小，铁素体含量也不太高（但也不低于25%），则对耐腐蚀性﹑韧性造成的危害很小。
• 应使富Ni焊缝与含Ni低的母材之间的稀释率最小，应低于35%，所以应采用合适的坡口形式及正确的焊接工艺。
• 焊条和埋弧焊焊剂在焊前应按焊接材料使用说明书重新烘干，或者在250℃以上烘干，以便焊接时氢的侵入最小。
• 双相不锈钢钢通常不需预热，但对厚度大的构件焊接可预热到100--150℃。
• 厚度小于12mm时，层间温度不能大于150℃；板厚大于12mm时,层间温度不能大于180℃.
• 焊件一般不需要进行固熔退火.但当焊态下δ相含量超过了要求或析出了脆性相,如б相时,可采用焊后热处理来改善,即进行固熔退火后立即水淬.采用固熔退火处理有可能消除焊接时在热影响区形成的有害组织.
• 焊接过程应经常检测铁素体含量.
• 禁止在母材或已焊焊缝上引弧.因为引弧区冷却速度大,可导致引弧区铁素体含量超过80%.这些引弧区很可能会导致局部严重腐蚀,从而导致整个部件过早失效,仅打磨掉受损部位的材料也不足以消除腐蚀的危险性.
• 非合金钢或低合金钢与双相不锈钢的焊接,可采用双相不锈钢填充金属来进行.同样,奥氏体不锈钢与双相不锈钢的焊接也可采用双相不锈钢焊材.必要时也可采用镍基合金焊材来焊接异种钢.

双相不锈钢

名称：流体输送用无缝不锈钢管、结构用无缝不锈钢管、锅炉、热交换器用无缝不锈钢管

规格：∮6－∮530*0.8－30mm

材质：00Cr18Ni5Mo3Si2(UNS S31500)(3RE60) 、00Cr22Ni5Mo3N(UNS S31803/S32205) (SAF2205) 、 00Cr25Ni7Mo4(UNS S32750)(SAF2507)

常用标准：国标（GB13296－91 、GB/T14976-2002 、 GB/T14975-2002）

美标 (ASTMA789 、ASTMA790 、 ASTMA1016 、 ASTMA999、

ASTMA928)

名称：双相不锈钢元钢

规格：∮12－∮260MM

材质：00Cr18Ni5Mo3Si2 (UNSS31500)(3RE600) 、 00Cr22Ni5Mo3N (UNSS31803/S2205) (SAF2205) 、00Cr25Ni7Mo4N(UNSS32750) (SAF2507)

常用标准:国标(GB 1220)

美标(ASTMA276 、ASTMA479 、ASTMA484)

名称：不锈钢弯头、三通、四通、异径管、翻边管、管帽、丝扣、承插焊管件

规格：DN15－1200MM压力等级PN2.5－32Mpa (150LB-3000LB)

材质: 00Cr18Ni5Mo3Si2 (UNSS31500)(3RE600) 、 00Cr22Ni5Mo3N (UNSS31803/S2205) (SAF2205) 、00Cr25Ni7Mo4N(UNSS32750) (SAF2507)

常用标准:国标(GB12459 、GB/T13401) 、美标:(ASMEB16.9 、ASMEB16.28)

德标(DIN 2605 、DIN 2615 、DIN 2616 、DIN 2617) 日标(JIS B2311 、JIS B2220)

名称:高颈对焊法兰、平焊法兰、承插焊法兰、凹凸面法兰、松套法兰、法兰盖

规格:1/2’’-48’’

压力等级:0.6Mpa-32Mpa (150Lb—2500Lb)

材质: 00Cr18Ni5Mo3Si2 (UNSS31500)(3RE600) 、 00Cr22Ni5Mo3N (UNSS31803/S2205) (SAF2205) 、00Cr25Ni7Mo4N(UNSS32750) (SAF2507)

常用标准:美标ASTM A182 、ASTM A788 、ASTM A815 、ANSI B16.5