双相不锈钢的焊接讲义性及其焊接材料

双相不锈钢2205及焊接技术双相不锈钢2205双相不锈钢2205由瑞典AvestaPolarit公司生产,商业牌号是2205CodePlusTow,已纳入ASTM和ASME的A240和A480中,UNS编号为S32205,属于第二代双相不锈钢。

2205CodePlusTow与UNS编号为S31803的同种双相不锈钢2205有所不同,它提高了氮含量的下限,并通过有害金属相析出测试。

2205CodePlusTow具有更高的强度、耐蚀性和焊后冶金稳定性,焊接接头易于获得平衡的两相组织,高氮含量更有效抑制有害金属相的析出,这对焊接是非常有利的。

1 材料特性1.1 成分特点第二代双相不锈钢一般称为标准双相不锈钢,成分特点是超低碳、含氮,其典型成分为22%Cr+5%Ni+0.17%N(见表1)。

与第一代双相不锈钢相比,2205进一步提高氮含量,增强在氯离子浓度较高的酸性介质中的耐应力腐蚀和抗点蚀性能。

氮是强烈的奥氏体形成元素,加入到双相不锈钢中,既提高钢的强度且不显著损伤钢的塑韧性,又能抑制碳化物析出和延缓σ相形成。

1.2 组织特点双相不锈钢在室温下固溶体中奥氏体和铁素体约各占半数(双相不锈钢2205铁素体含量应为30%～55%,典型值是45%左右),兼有两相组织特征,见图1。

它保留了铁素体不锈钢导热系数大、线膨胀系数小、耐点蚀、缝隙及氯化物应力腐蚀的特点;又具有奥氏体不锈钢韧性好、脆性转变温度较低、抗晶间腐蚀、力学性能和焊接性能好的优点。

图1 2205DSS 板材典型显微组织1.3 性能特点在性能上的突出表现是屈服强度高和耐应力腐蚀。

双相不锈钢比奥氏体不锈钢的屈服强度高近1倍,同样的压力等级条件下,可以节约材料。

比奥氏体不锈钢的线性热膨胀系数低,与低碳钢接近。

使得双相不锈钢与碳钢的连接较为合适,这有很大的工程意义。

锻压及冷冲成型性不如奥氏体不锈钢。

双相不锈钢2205的机械性能见表2。

2 焊接性双相不锈钢2205具有良好的焊接性,焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小。

双相钢的特性以及焊接要点中国石化集团南京化学工业有限公司化机厂尤广伟董安霞摘要：随着双相钢在化工、石化加工、造纸、海上作业等行业的广泛应用，南化机厂近年来也承制了很多双相钢材料的设备，包括换热器、反应釜、塔器等。

同时，我们在工作过程中对双相钢焊接性的了解与焊接工艺参数的摸索与控制方面也积累了一点经验，本文进行了简要说明。

关键词：双相钢；特性；焊接一双相钢简介由于现代工业技术的发展，传统的奥氏体不锈钢经常遭到晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等局部腐蚀的破坏，双相不锈钢在上述腐蚀类型中表现出了某些优越性。

在铁基固溶体组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，但最少相的含量必须达到30%以上的钢称双相不锈钢。

奥氏体接头有良好的塑性和韧性，但是导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形都比较大；普通铁素体不锈钢导热性能和线膨胀系数都小于奥氏体不锈钢，并且有较高的强度及耐氯离子应力腐蚀性能，但是塑性较差，并存在475℃脆化和δ相析出脆化以及高温晶粒粗化脆化现象。

双相钢的开发正是集中了奥氏体和铁素体的优点并最大限度地减少了两相的缺点。

性能最好的双相钢成分是铁素体的含量在60%-40%，奥氏体的含量在40%-60%之间，任何一种机体的大幅度减少都会造成双相钢的性能减弱。

二双相钢的化学成分和性能（一）双相钢力学性能及影响因素双相钢力学性能的影响因素主要有合金元素、晶粒度以及相比例等。

由表二中可以看出：双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的2～3倍，SAF2507钢的屈服强度比其他双相不锈钢的高原因在于氮元素的强化作用。

而在奥氏体不锈钢的内部晶粒之间有更多的滑移面，所以它的延伸率明显高于双相不锈钢。

在双相钢中的主要合金元素Cr、 Ni、 Mo、 N等对钢的各项性能都起到了很重要的作用。

1 化学成分（见表二）：钢的抗点蚀和缝隙腐蚀能力主要由Cr、Mo和Ni元素含量决定，用来衡量这种抗腐蚀性能的指数就是PREN 值（抗点蚀当量），PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%。

2205双相不锈钢焊接1、初步焊接试验为了了解2205双相不锈钢的性能特点，进行了初步焊接试验，对拟采用的GTAW方法打底、SMA W填充并盖面组合焊接方法焊接接头的理化性能进行测试，初步掌握其力学性能水平，同时对这两种焊接方法的工艺性能进行了解，为制定管道现场焊接工艺方案提供依据。

1.1 试验材料试验母材为瑞典Avesta公司生产的12mm板材，焊材为英国曼彻特公司生产的2205双相不锈钢配套焊材ULTRAMET 2205包括氩弧焊焊丝和手弧焊焊条。

1.2 试验过程及结果对试件加工单面V型坡口，坡口角度65°，钝边尺寸0.5～1.0mm，焊前用丙酮对剖口及其两侧进行清洗，然后进行焊接，焊条在焊前进行了烘干处理，试样、焊接记录已给管材所提供。

1.3 试验结论通过试验可以得出如下初步结论：（1）采用的GTA W方法打底、SMA W填充并盖面组合焊接方法得到的焊接接头的强度、塑性、硬度良好，铁素体含量适中（按WRC图计算），韧性不高，略高于ASTM A923要求的34J；（2）化学成分中抗点蚀元素含量较低，与母材不匹配，尤其是N含量较低。

（3）采用的GTA W方法打底、SMAW填充并盖面组合焊接方法，焊接及背面采用纯氩保护，焊接工艺良好，焊缝背面成型质量好，酸性焊条的电弧稳定、脱渣性良好，无气孔产生，这种组合方法可以在管道施工中应用。

（4）采用的GTA W方法打底、SMA W填充并盖面组合焊接方法，如果背面不加气体保护，焊缝背面严重氧化、焊缝金属表面发渣，成型很差。

可见，采用GTAW打底焊，如果背面不采取气体保护，或者保护效果不良，焊缝成型很差，焊缝及热影响区氧化严重，将严重影响其耐蚀性，背面气体有效保护的实施是2205双相不锈钢管道焊接质量的关键。

（5）采用SMAW打底＋SMA W盖面工艺，如果背面不加气体保护，成型较好，但焊缝背面氧化也比较严重。

通过点蚀试验证明，这种氧化色对焊接接头的抗点蚀性能没影响，对背面确实无法通气保护的收口焊缝和焊缝返修可以考虑使用该工艺。

双相不锈钢的焊接技术及工艺要求1. 双相不锈钢的特性1.1双相钢亦称奥氏体—铁素体不锈钢，一般认为其铁素40%~60%，其余奥氏体.1.2双相金属组织具有较高的强度和抗腐蚀能力。

1.3双相钢在整个焊接过程容易形成焊缝及热影响区的相位变化。

1.4双相钢物理性能:1.4.1热传导性：碳钢—47; CrNi 钢—15；双相钢—141.4.2．热膨胀：碳钢—12; CrNi钢—17：双相钢—131.5 双相钢中铁索体含量:1.5.1 F<25％：强度下降，抵抗应力腐蚀开裂能力下降。

1.5.2 F>60—70％：降低抗点蚀能力及韧性，增强抗氢致延迟裂纹2. 焊接材料的选用2.1为了确保焊缝焊后奥氏体—铁素体比例的平衡，双相钢的焊接通常选用铬镍含量比母材略高的双相填充金属。

2.2不得采用与母体金属成分一致的焊接材料焊接或母体材料自熔焊接，否则，会造成焊缝金属的双相不平衡，从而导致金属镍过量稀释、铁素体含量过高。

2.3需采用高一级的焊材,应用奥氏体元素（Ni, N）来超合金化。

如母材为2205双相不锈钢的焊接材料一般选用焊材成分为“2309”的牌号。

2.4两种双相不锈钢同种钢焊接的焊丝与焊条见表：(仅供参考)3. 坡口的设计和加工3.1双相钢对接接头坡口的设计、加工应满足焊缝充分焊透又不能烧穿的要求，坡口的设计应避免小角度。

3.2双相钢的焊接都应开坡口、留间隙、加填充金属焊接，禁止焊缝自熔焊接和同材质填充材料焊接。

3.3双相钢焊接时钢水的流动性和润湿性比一般奥氏体钢差，所以，双相钢坡口角度比一般奥氏体钢的坡口角度要大一些，建议手工焊接一般坡口角度30o ~35o ,机械焊接坡口角度一般为35o ~40o .3.4双相钢焊缝坡口一般采用等离子切割+软质砂轮打磨的加工方法加工成形。

双相钢典型坡口形式及匹配焊接方法见下例图示。

焊接方法：SMAW 、FCAW 焊接方法：SAW 焊接方法：FCAW 、FCAW+ SAW 、 FCAW+ SMAW5≤t ≤20mm 5≤t ≤20mm 5≤t ≤20mmA=2.0-2.5 mm B=4~6mm A=4-6 mm B=1.5-2.0mm B=1.5~2.0mm3.5双相钢与CCS异种钢的对接焊缝坡口型式根据双相钢而定。

S32750双相不锈钢焊接摘要：近年来，核电站建设得到了迅猛发展，在设计上也逐步优化改进，许多新型的材料不断应用到核电安装施工中，涉及到了这些新材料的焊接。

如双相不锈钢，因其有良好的抗晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀的性能，使用到海水介质环境中的管道，安装需焊接连接。

本文通过某核电站中的S32750双相不锈钢管安装中的焊接工艺的分析和应用，阐述了S32750双相不锈钢的焊接要点，为后续核电工程的安装提供借鉴作用。

关键词：双相不锈钢；焊接性；S32750；α相；γ相；核电1、双相不锈钢简介双相不锈钢（Duplex Stainless Steel），指具有铁素体（α相）+奥氏体（γ相）双相组织，且两相组织含量基本相当，较少相的含量一般至少也要达到30%的不锈钢。

在含C较低的情况下，一般Cr含量在18%～28%，Ni含量在3%～10%，有些钢还添加有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。

该类钢兼具了奥氏体和铁素体不锈钢的优点，保持了铁素体不锈钢的475℃脆性、导热系数高、具有超塑性、磁性、强度高等特点，也有比与奥氏体不锈钢更优良的耐腐蚀性能，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、晶间腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢。

由于其特殊的优点，在某些特殊环境，得到了越来越广泛的应用。

我国新标准GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》也加入了许多双相不锈钢牌号，如： 14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、00Cr25Ni7Mo4N等。

双相不锈钢按其化学成分，可分为四类：第1类属低合金型，代表牌号UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），成分中不含Mo，耐点蚀当量PREN值为24-25，在耐蚀性能可代替ASTM304或316。

第2类属中合金型，代表牌号是UNSS31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N），PREN值为32-33，其耐蚀性能介于ASTM 316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。

奥氏体—铁素体双相不锈钢的焊接双相不锈钢是在固溶体中铁素体相和奥氏体相各约占一半，一般较少相的含量至少也需要达到30％的不锈钢.这类钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点,具有良好的韧性、强度及优良的耐抓化物应力腐蚀性能。

奥氏体一铁素体双相不锈钢的类型1.低台金型双相不锈钢00Cr23Ni4N钢是瑞典级先开发的一种低合金型的双相不锈钢，不含钼、铬和镍的含量也较低.由于钢中Cr含量23％，有很好的耐孔蚀、缝隙腐蚀和均匀腐蚀的性能,可代替308L和316L等常用奥氏体不锈钢.2.中合金型双相不锈钢典型的中合命型不锈钢有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti。

这两种钢是为了节镍,分别代替0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti而设计的，但比后者具有更好的力学性能，尤其是强度更高。

00Cr18Ni5Mo3Si2、00Cr18Ni5Mo3Si2Nb双相不锈钢是目前合金元素含量最低、焊接性良好的耐应力腐蚀钢种,它在抓化物介质中的耐孔蚀性能同317L相当，耐中性氯化物应力腐蚀性能显著优于普通18—8型奥氏休不锈钢，具有较好的强度-韧性综合性能、冷加工工艺性能及焊接性能，适用作结构材料。

OOCr22Ni5Mo3N 属于第二代双相不锈钢,钢中加人适量的氮不仅改善了钢的耐孔蚀和耐SCC性能，而且由于奥氏体数量的提高有利于两相组织的稳定，在高温加热或焊接HAZ能确保一定数里的奥氏体存在，从而提高了焊接HAZ的耐蚀和力学性能。

这种钢焊接性良好,是目前应用最普遍的双相不锈钢材料。

3。

高合金双相不锈钢这类双相不锈钢铬的质量分数高达25%,在双相不锈钢系列中出现最早。

20世纪70年代以后发展了两相比例更加适宜的超低碳含氮双相不锈钢，除钳以外，有的牌号还加人了铜、钨等进一步提高耐腐蚀性的元素。

4.超级双相不锈钢这种类型的双相不锈钢是指PREN。

大于40，铬的质量分数为25％和钼含量高、氮含量高的钢.双相不锈钢的耐蚀性1.耐应力腐浊性能与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有强度高,对晶间腐蚀不敏感和较好的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的能力，其中优良的耐应力腐蚀是开发这种钢的主要目的。

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:0.2-0.40Cr21Ni5Ti 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。