第二章(双相不锈钢的焊接)
双相不锈钢焊接工艺要点
双相不锈钢焊接工艺要点
双相不锈钢是一种具有很高的耐腐蚀及耐热性能的材料，所以在
工业领域中得到了广泛应用。
焊接是双相不锈钢的常见加工方法之一，下面介绍几个双相不锈钢焊接工艺的要点。
1. 焊接前的预处理：在双相不锈钢板材或管道上进行焊接前，
必须进行严格的加热处理。
预处理温度一般在1000℃以上，时间要根
据板厚、孔径大小、管子长度等因素来确定。
2. 焊接设备：在进行双相不锈钢焊接时，需要使用直流电弧焊
机和专门针对双相不锈钢的焊丝。
其焊丝的成分应该与基材成分一致，以保证焊接质量。
3. 焊接位置：焊接双相不锈钢时，大部分情况下采用横向焊接
的方式。
如果采用竖直位置焊接，需要加大电弧电流和电弧长度，以
保证焊接质量。
4. 焊接工艺：推荐采用氩弧焊接法进行双相不锈钢的焊接，其
中采用保护气体是关键。
氩气压力一般在0.2~0.4MPa之间，其流量大
小应该根据想要达到的焊接速度来调整。
综上所述，焊接双相不锈钢有以下几个要点：焊接前的预处理、
使用专门的设备和材料、适当选定焊接位置和采用氩弧焊接法。
只有
在严格遵守这些要点的前提下，才能够保证焊接质量以及双相不锈钢
的使用寿命。
2205双相不锈钢的性能及焊接工艺
2205双相不锈钢的性能及焊接工艺双相不锈钢2205是第二代双相不锈钢，也称为标准双相不锈钢，成分特点是超低碳、含氮。
2205双相不锈钢是目前应用最为普遍的双相不锈钢，该钢具有高强度、高抗疲劳强度、低温韧性、耐孔腐蚀性、对应力裂纹不敏感等优点，广泛应用于海洋工程、化学工程领域的大型容器、管道。
2205双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比具有较好的力学性能、耐蚀性及价格优势。
菲律宾马利万斯电厂的海水淡化系统管道采用的就是2205双相不锈钢。
1.2 2205双相不锈钢化学成分2205双相不锈钢与最初的双相不锈钢相比，进一步提高氮的含量，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腐蚀性能。
氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈钢钟，既提高钢的强度且不明显损伤钢的韧性，又能延缓和抑制碳化物的析出，使其焊接性能得到了大大的改善。
1.3 2205双相不锈钢的组织特点2205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，兼有两相组织特征。
它保留了铁素体不锈钢导热系数小、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。
1.4影响焊接性因素分析（1）冷却速度的影响2205双相不锈钢在正常供货状态下大约具有50”％的铁素体和大约50％的奥氏体，但经过焊接后，接头刚凝固时的组织为单相铁素体，奥氏体是在接头温度低于1300℃后由铁素体逆变为奥氏体产生的。
它的数量除了与化学成份有关外，主要取决于冷却速度，冷却速度对γ相数量影响很大(见图1)，快速冷却焊缝的组织中α相的比例可能会超过80％，致焊缝韧性下降，氢脆敏感性增加。
（2）氮含量的影响早期的双相不锈钢没有得到普及，主要原因之一就是热影响区中铁素体含量过高。
2205双相不锈钢通过Creq/Nieq的控制，特别是氮含量的提高，保证热影响区有足够的奥氏体以维持必要的相平衡，从而使焊接性能得到改善，2205双相不锈钢采用Ar+N2混合气体作为钨极氩弧焊的保护气体，通过改变混合气体中N2的分压来影响焊缝中的含氮量。
双相不锈钢焊接
MIG 焊接
焊丝
SAF 2304和SAF 2205可选择Sandvik 22.8.3.L，而对于SAF 2507要选择Sandvik 25.10.4.L焊丝。
埋弧焊
焊丝和焊剂
对于焊丝，参见“TIG焊” 对于三种双相不锈钢，推荐Sandvik 15W焊剂。
保护气体
喷射弧：氩气+CO 2 (1-3%)，氩气+1-3%O 2 。 短弧：氩气or Ar-He-O 2 混合气
保护气体
氩气 ，氩 气+1 -2 % 氮气 或氩 氦混合 气。
典型参数设置
焊条直径 mm 2.0 2.5 3.25 电流,A 22.9.3.LR 25.10.4.LR 35–55 50–75 70–120 90–160 – 55–85 70–110 110–150 电压, V 22–28 22–28 22–28 22–28
Ｖ型坡口
t mm MMA 3–15 TIG 2.5–8 MIG 3–12 SAW* 4–12 d mm 2–3 2–3 2–3 2–3 k α mm 1–2 1–2 1–2 1–2 60–70 60–70 60–70 80–90 α
t d k
Ｕ型坡口
标准的不锈钢焊接方法也适用双相不锈钢。 焊接参数及坡口设计的差别将在随后介绍。 t d k mm mm mm MMA >12 TIG >6 MIG >12 SAW* >10
层间温度 无实际限制， 最高250℃ 最高150℃
SAF 2205 SAF 2507
V型坡口
t mm MMA TIG MIG SAW 4–15 2.5–8 5–12 5–12 d mm 1–3 1–3 1–3 1–3 k mm 1–2 1–2 1–2 1–2 α 60–70 60–70 60–70 80–90 α
奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接
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。
双相不锈钢的焊接特点
双相不锈钢的焊接特点一、双相不锈钢具有良好的焊接性。
它既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化，也不像奥氏体不锈钢易产生焊l接热裂纹，但由于它有大量的铁素体，当刚性较大或焊缝含氢量较高时，有可能产生氢致冷裂纹，因此严格控制氢的来源是非常重要的。
二、为了保证双相钢的特点，确保焊接接头的组织中奥氏体及铁素体比例合适是这类钢焊接的关键所在。
当焊后接头冷却速度较慢时，δ→γ的二次相变化较充分，因此到室温时可得到相比例比较合适的双相组织，这就要求在焊接时要有适当大的焊接热输人量，否则若焊后冷却速度较快时，会使δ铁素体相增多，导致接头塑韧性及耐蚀性严重下降。
三、双相不锈钢焊材选用双相不锈钢用的焊材，其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织，主要耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当，从而保证与母材相当的耐蚀性。
为了保证焊缝中奥氏体的含量，通常是进步镍和氮的含量，也就是进步约2％~ 4％的镍当量。
在双相不锈钢母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希看有一定的含氮量，但一般不宜太高，否则会产生气孔。
这样镍含量较高就成了焊材与母材的一个主要区别。
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。
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，还应留意其焊接工艺性能，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。
对于埋弧焊宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化，并采用配套的碱性焊剂。
(完整版)双相不锈钢焊接知识
1双相不锈钢的成分、组织和性能
1.1 主要成分：Cr、Ni、Mo、N。 其中， Cr、Mo—铁素体形成元素
Ni、N —奥氏体形成元素 N—主要固溶强化元素 Cr、Mo、N—提高耐氯化物点蚀性能 耐点蚀当量：PREN=ω(Cr)+3.3 ω(Mo)+ 16 ω(N)
正常含Mo双相不锈钢： PREN=30～36 超级双相不锈钢： PREN>40
焊缝室温组织预测： ⑴ Schaeffler图：
铁素体含量的精度±4% ⑵ DeLong图：
铁素体含量的精度±2% ⑶ WRC1992组织图
—美国焊接研究委员会 推荐
Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb% Nieq=Ni%+30×C%+30×N%+0. 5×Mn%
舍夫勒组织图
Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb% Nieq=Ni%+30×C%+30×N%+0. 5×Mn%
根据成分和PREN值分类：
⑴ 低 合 金 型 ， 23%Cr 无 Mo 双 相 不 锈 钢 ： Cr:23% Ni:4%
N:0.1-0.2%
PREN=24～25
⑵ 中 合 金 型 ， 22%Cr 标 准 双 相 不 锈 钢 ： Cr:22% Ni:5-5.5%
Mo:3% N:0.14-0.17%
PREN=30～36
冷却到1300℃：α→γ 在固态下γ在α晶粒边界形核和生长。
冷却到室温：α+γ
其中，γ相的形态和数量：①化学成分 ②冷却速度
基于TTT图：冷却速度增加→γ相含量减少。
织形态。
双相不锈钢焊接实践
双相不锈钢焊接实践发布时间：2021-12-16T08:08:22.863Z 来源：《城镇建设》2021年20期（中）作者：梁家柄[导读] 针对双相不锈钢焊接的工艺，采用合适的焊接工艺梁家柄（佛山市华亮本生燃气设备有限公司广东佛山 528226）摘要：针对双相不锈钢焊接的工艺，采用合适的焊接工艺，优化焊接接头的微观组织和化学成分达到双相不锈钢的使用性能。
关键词：双相不锈钢；焊接工艺1.0 导言奥氏体-铁素体双相不锈钢（DSS）是它的金相微观组织中同时具奥氏体和铁素体的不锈钢，理论上这两相分别各占50%，当然实际上，其中的一个相的组分不低于35%，也是可以接受的。
由于具有这种微观组织和相应的化学成分，奥氏体-铁素体双相不锈钢与奥氏体不锈钢和铁素氏体不锈钢相比，具有较高的机械性能和优良的抗腐蚀能力。
所以，近年来它被广泛用于石油天然气、食品和饮料加工、生物医药、海水淡化、纸浆及造纸等行业的设备制造和管线工程中。
在使用这种钢材的过程中，必然包含焊接工序，如何保证此种钢材的焊接接头（包括焊缝金属和热影响区）仍然具有与母材相同的机械性能和优良的耐蚀能力是焊接工作者面临的重要问题。
只有通过采用合适的焊接工艺，优化焊接接头的微观组织和化学成分才能达到上述的要求。
在石油和炼油工业的许多工程应用中，双相不锈钢（DSS）是首选材料，它结合了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢（SS）在正确焊接时的特性。
如果焊接不当，形成有害金属间相的可能性会急剧增加，这可能导致灾难性的故障。
当比较（DSS）和不锈钢时，DSS比奥氏体不锈钢更耐应力腐蚀开裂（SCC）；此外，（DSS）韧性通常优于铁素体不锈钢，但不如奥氏体不锈钢。
DSS是基于铁-铬-镍（Fe-Cr-Ni）体系的两相合金。
这些材料的微观结构中通常包含大约等量的体心立方（bcc）铁素体相和面心立方（fcc）奥氏体相。
有充分的证据表明，当铁素体与奥氏体的相平衡为50:50时，整个DSS焊件的耐蚀性和机械性能得以实现。
2205双相不锈钢的焊接
2205双相不锈钢的焊接不锈钢焊接易出现的缺陷：焊缝区的腐蚀：为防止其发生晶间腐蚀，首先要控制焊缝金属的化学成分。
主要是降低含碳量和添加足够的TI或NB；其次是控制焊缝隙的组织状态——即金相组织。
敏化区腐蚀：是指热影响区是峰值温度处于敏化温度区间内所发生的腐蚀。
刀状腐蚀：只出现在TI或NB类18-8的焊接接头中，并一定是发生器在紧邻焊缝过热区中。
焊接采取的措施：1.合理的选用焊材。
2.控制焊接的输入热能。
3.调整焊接程序。
4.缩短焊接电弧（焊接时尽量不要摆动防止合金元素烧损）5.合理调整焊缝位置在制定焊接参数时要考虑保证输入热在600~18000J/cm内，输入热的计算（J/cm）=电流（A）*电压（V）/焊接速度（cm/min）焊接层数焊条牌号规格D/mm电流I/A电压U/V速度Vcm/min极性1AVESTA2205AC/DC 3.2100~11023~259~11直流反接2AVESTA2205AC/DC 3.2100~11023~259~11直流反接清根AVESTA2205AC/DC 3.2100~11023~259~11直流反接根据标准节点法（ASTME562）对焊缝及执热影响区进行α相数测定。
焊接A体不锈钢与双相不锈钢的区别：不同点：焊接A不锈钢时要适当增加δ相的数量：打乱A的柱状结晶方向，从而避免产生贫Cr区贯穿于晶粒之间；δ相富Cr，而Cr在δ相中容易扩散，碳化铬在δ相内部边缘沉淀，由于供Cr条件好，不会在A晶粒间形成贫Cr层。
所以增加δ相有利于提高焊缝的抗晶间腐蚀能力。
在焊接双相不锈钢时要控制δ相的数量：由于双相不锈钢中δ相较多，如不控制其含量则会产生σ相脆化现象和δ相选择性腐蚀。
不锈钢焊接后：热影响区会出现敏化腐蚀，要控制输入热量，故最后一道焊缝要求焊接输入量要小、且安排在不与介质接触的一面。
双相不锈钢焊接后：要防止晶粒粗化和单相铁素体化。
故最后一道焊缝为了防止晶粒粗化及单相铁素体化，安排在与介质接触的一面。
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双相不锈钢的主要应用领域 (1)中性氯化物环境
双相不锈钢在中性氯化物环境中应用广泛，在加工制造过程中，通常使用 少量的含有氯离子的溶液作为冷却水，从而导致普通的奥氏体不锈钢(例如 AISI 304/316)有产生应力腐蚀的倾向，而双相不锈钢可以很好的解决这一 问题，尤其适用于由孔蚀引起的应力腐蚀开裂的环境。衡量耐腐蚀性的好坏 通常用孔蚀当量指数 PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%表示，其中双相不锈钢 PRE 值大于 24，而奥氏体 PRE 小于 20。 (2)石油和天然气工业
第二章 双相不锈钢的焊接
材料科学与工程学院 朱平. Nhomakorabea2.1 双相不锈钢的发展概况
30年代：法国最先研制出双相不锈钢，呈铁素体和奥氏体双相 组织状态，具有独特的耐腐蚀性和较好的力学性能。但双相不锈 钢的相组成比例难以控制及焊接困难，工业应用受到限制。
40年代：美国开发出第一代双相不锈钢——329钢，耐腐蚀性 能好，但含碳量较高（≤0.1%），含钼和铬都较高，焊接性不好；
50年代：苏联开发含稳定元素钛的双相不锈钢，德、法、英、 日等国也相继开发出双相不锈钢；
60年代：瑞典开发出最具代表性的第一代双相不锈钢——超 低碳（≤0.03%）双相不锈钢，3RE60钢，使焊接接头塑性、韧性 和耐腐蚀性显著改善。
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70年代：开发出第二代双相不锈钢，即在超低碳的基础上含氮 双相不锈钢，并含有钼、铜、硅等耐蚀性元素。包括18Cr型、22Cr 型及25Cr型，如瑞典开发的SAF2205等。
20 世纪 80 年代以来，双相不锈钢在酸性气和油的生产中用量逐渐增多， 主要用作生产管衬里、热交换器以及岸上和近海的管道系统等。尤其在石油 和天然气的生产中，双相不锈钢多数面临的主要是酸性环境，即含有大量 Cl—, CO2和一些 H2S 的环境。在含 Cl—的湿 CO恶性环境中，双相不锈钢 是一种理想材料的首选，可耐高流速的磨损腐蚀，比加缓蚀剂的碳素钢及不 锈钢更能抵抗高流速的磨损腐蚀，并用于井上管道系统，可以减少大量的材 料重量。
80年代：研发的超级双相不锈钢（SuperDSS）为第三代双相不 锈 钢 ， 含 碳 量 低 （ ωc0.01~0.02% ） 、 高 钼 （ ωMo4% ） 、 高 氮 （ωN0.3%），钢中铁素体含量40~45%，耐点蚀系数大于40。成功 解决了Cr-Ni奥氏不锈钢容易出现的孔蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等 问题。
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2.2 双相不锈钢的成分、组织和性能
2.2.1 主要成分：Cr、Ni、Mo、N。 其中， Cr、Mo—铁素体形成元素
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(3)海水环境 海水是自然环境中腐蚀性最强的一种介质，尤其在金属表面粘附着微生
物薄膜时将产生腐蚀电位增加，同时也增加了孔蚀和缝隙腐蚀的倾向。就 热海水而言，目前大多使用超级双相不锈钢，例如，用 SAF2507 超级双 相不锈钢制造的海水交换器，使用 3 年未发现腐蚀，而钛管由于不耐 F— 腐蚀，只能用 3 个月。 (4)纸浆和造纸工业
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(5)化肥工业 尿素工业也是最早使用双相不锈钢的部门之一，其装置中含氯离子水的
热交换设备使用得较多，例如尿素装置中 CO2压缩机三段冷却器原先使用 304L 奥氏体不锈钢管束，l 个月后即因应力腐蚀破裂而导致泄漏，而双相 不锈钢可用 5 年以上，随后一、二段冷却器也都换用了 18－5Mo 或 SAF2205 双相不锈钢。由于双相不锈钢在尿素介质中有良好的抗腐蚀疲劳 性能，很适合用于制造尿素生产的关键设备——甲按泵泵体。国产的 00Cr25Ni6Mo2N 双向不锈钢能够通过 Huey 法的晶间腐蚀倾向的检验， 已用于洞庭氮肥厂（五柱塞式）、黑龙江化肥厂等大型化肥厂。国内中一 些小化肥厂的甲按泵泵体基本上采用 18－5Mo 钢制造，也有数十家采用 的是高铬含铅双相不锈钢。此外这种钢的泵阀锻件通过了日本 JIS G0573 、G0591 硝酸法和硫酸法的检验，批量出口日本，价格要比日本当地生产 的优惠。此外，采用国产 0Cr25Ni6Mo3CuN 时效强化双相不锈钢，利用 其优异的耐磨损腐蚀性能，用于加工多种规格的尿素装置主工艺管路高压 截止阀的内件等，能起到不错的效果。
双相不锈钢在纸浆和造纸工业中的发展应用中已经有 40 多年的历史了 ，3RE60双向不锈钢最早就是在这一领域起步应用的。除 3RE60 钢外， 其它双相不锈钢如UR45N (SAF2205)、UR47N (00Cr25Ni6.5Mo3N) 、UR52N+(00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN )等都应用在各工业领域。由于双 相不锈钢具有优秀的力学性能，以及耐磨损腐蚀、耐应力腐蚀以及耐疲劳 腐蚀性能好等特长，所以在制造纸浆和工业用的造纸木屑预蒸器、造纸压 力滚筒、连续式和间歇式纸浆蒸煮器和回收设备中都取得了良好的应用效 果。
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双相不锈钢的发展历程可概括为“产量低、增速快”。2002年全球 双相不锈钢年产量约占不锈钢总产量的1%，但到了2009年这一 比例上升到了15%，这种高增长的原因在于：一是质量具备可靠 性；二是成本具备经济性。
目前双相不锈钢被广泛应用于工业设备制造和工程项目建设。如： 炼油行业中的催化裂化装置、加氢处理装置、油气输送管线；化 工行业中的氯乙烯生产装置；运输行业中的海上化学品船；造纸 行业中的漂白设备、建筑行业中的结构件；核电行业等。
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(6)运输业 最近几年海上化学品运输船行业是国外最大的双相不锈钢用
户，消费量约占热轧板的 50％。化学品船装载的液体货物多种 多样，包括化学和石化产品，要求船舱材料既能耐腐蚀，又有较 高的强度和优良的塑性。目前，SAF2205 双相不锈钢已取代 316L和 317L 等奥氏体不锈钢，成为海上化学品船的首选材料 。我国在这方面起步较晚，中国长江航运集团青山船厂采用欧洲 建造标准，使用进口的 SAF2205 钢板，自行制造成功第一艘 18500t 化学品船，钢板消耗量大约 1200t，已出口比利时。实 现了我国用双相不锈钢建造化学品船零的突破，该厂已形成规模 生产能力。