雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel,DSS),指鐵素體與奧氏體各約占50%,一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。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(qiáng)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。


  雙相不銹鋼在C含量較低的情況下,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℃脆性以及熱導(dǎo)率高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強(qiáng)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。


  奧氏體+鐵素體(雙相)不銹鋼是指基體兼有奧氏體和鐵素體兩相組織并兼?zhèn)鋬烧叩奶卣?,一般它比奧氏體系列不銹鋼強(qiáng)度高,耐腐蝕性能也更優(yōu)越。但是由于高溫而脆化,所以一般要求在大約300℃以下用。在常溫下顯示出磁性,可通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼。


  成分中高Cr高N,常溫下具有奧氏體和鐵素體混合相,代表鋼種是 022Cr23Ni4MoCuN(2304)、022Cr23Ni5Mo3N(2205)、022Cr25Ni7Mo4N(2507)。


  主要特點是:在高溫下基本為鐵素體組織,在冷卻至室溫時具有30%~50%鐵素體+奧氏體雙相組織。屈服強(qiáng)度高、超強(qiáng)的耐點蝕、耐應(yīng)力腐蝕能力,易于成形和焊接。


  由于雙相不銹鋼具有兩相組織的特點,通過正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝,使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點。它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起,正是這些優(yōu)越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結(jié)構(gòu)材料而迅速發(fā)展,20世紀(jì)80年代以來,雙相不銹鋼已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個鋼類。


 雙相不銹鋼有以下性能特點:


  ①. 含鉬雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60℃以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂,在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質(zhì)中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設(shè)備都存在著產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的傾向,而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。


  ②. 含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當(dāng)量值(PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N])時,雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI316L相當(dāng)。含25%Cr,尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI 316L。


  ③. 具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質(zhì)的條件下,適用于制作泵、閥等動力設(shè)備。


  ④. 綜合力學(xué)性能好。有較高的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達(dá)到25%,韌性值A(chǔ)k(V形槽口)在100J以上。


  ⑤. 可焊性良好,熱裂傾向小,一般焊前不需預(yù)熱,焊后不需熱處理,可與18-8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。


  ⑥. 含低鉻(18%Cr)的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬,抗力小,可不經(jīng)過鍛造,直接軋制開坯生產(chǎn)鋼板。含高鉻(25%Cr)的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難,可以生產(chǎn)板、管和絲等產(chǎn)品。


  ⑦. 冷加工時比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大,在管、板承受變形初期,需施加較大應(yīng)力才能變形。


  ⑧. 與奧氏體不銹鋼相比,熱導(dǎo)率大,線膨脹系數(shù)小,適合用做設(shè)備的襯里和生產(chǎn)復(fù)合板。也適合制作熱交換器的管芯,換熱效率比奧氏體不銹鋼高。


  ⑨. 仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向,不宜用在高于300℃的工作條件。雙相不銹鋼中鉻含量愈低,σ等脆性相的危害性也愈小。


 雙相不銹鋼具有良好的焊接性能,與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比,它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū),由于晶粒嚴(yán)重粗化而使塑韌性大幅降低;也不像奧氏體不銹鋼那樣,對焊接熱裂紋比較敏感。


 雙相不銹鋼由于其特殊的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、海水與廢水處理設(shè)備、輸油輸氣管線、造紙機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域,近年來也被研究用于橋梁承重結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,具有很好的發(fā)展前景。


 我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學(xué)成分》中加入了許多雙相不銹鋼牌號。如 14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti。更多的牌號詳見標(biāo)準(zhǔn)。


 另外,著名的2205 雙相不銹鋼相當(dāng)于我國的022Cr23Ni5Mo3N。


  雙相不銹鋼可用于煉油、化肥、造紙、石油、化工等領(lǐng)域中耐海水、耐高溫、耐濃硝酸等的熱交換器和冷淋器及器件。


 雙相不銹鋼(DSS)的主要代表牌號一般可分為四類:低合金型,代表牌號022Cr23Ni4MoCuN(2304);中合金型,代表牌號022Cr23Ni5Mo3N(2205);高合金型,代表牌號03Cr25Ni6Mo3Cu2N(225);超級雙相不銹鋼型,標(biāo)準(zhǔn)牌號022Cr25Ni7Mo4N(2507)。


  低合金型 022Cr23Ni4MoCuN(2304)不含鉬,在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替06Cr19Ni10(304)或06Cr17Ni12Mo2(316)使用。


  中合金型 022Cr23Ni5Mo3N(2204)的耐蝕性能介于022Cr17Ni12Mo2(316L)和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。


  高合金型一般含25%Cr,還含有鉬和氮,有的還含銅和鎢,這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。


 超級雙相不銹鋼型為含高鉬和氮,有的也含鎢和銅,也適用于苛刻的介質(zhì)條件,具有良好的耐腐蝕與力學(xué)綜合性能,可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。