淺析雙相不銹鋼的加工
雙相不銹鋼的加工制造并不困難，但是有所不同
這是2205雙相不銹鋼等溫析出曲線，1050°C (1920 ?F) 退火 (同時(shí)給出了2304和2507雙相不銹鋼σ相和氮化物析出曲線作為對(duì)比)。
所以必須
控制加熱過(guò)程，降低形成二次相的風(fēng)險(xiǎn)；
開(kāi)發(fā)適用的焊接、成形、機(jī)加工和熱處理工藝；
雙相不銹鋼的使用溫度限定在 -40℃ ~ 315℃。
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在生產(chǎn)和加工雙相不銹鋼過(guò)程中，必須避免σ相的形成。盡量縮短暴露在臨界溫度范圍的時(shí)間。需要注意的地方包括：
多道次焊接的熱輸入；
在先前焊接的部位進(jìn)行修補(bǔ)焊；
軋鋼廠固溶退火過(guò)程中保持快速冷卻。
一個(gè)例子
2.5 英寸厚的2507雙相不銹鋼管板與碳鋼管殼焊接，在焊縫熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋。裂紋僅在2507雙相不銹鋼這一側(cè)發(fā)生， 出現(xiàn)在有明顯σ相析出的部位，而σ相出現(xiàn)在2507母材上，與焊接無(wú)關(guān)。設(shè)備從未使用過(guò)。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于固溶退火水淬時(shí)噴水嘴堵塞，造成冷卻不均勻，導(dǎo)致σ相在管板上析出。
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冷卻速度過(guò)快造成鐵素體相過(guò)多，焊縫熱影響區(qū)易受影響，特別關(guān)注的區(qū)域包括：引弧和焊接飛濺、吹洗、TIG根部焊接、點(diǎn)焊、螺柱焊接、低熱輸入焊接、自熔焊（無(wú)填充金屬）。
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焊接回火色主要成分是鉻氧化物，而回火色下面就是貧鉻層，如下圖。
雙相不銹鋼的耐腐蝕性主要來(lái)自于鉻，特別是經(jīng)濟(jì)型牌號(hào)，所以回火色的存在（或清除不當(dāng)）會(huì)大大降低不銹鋼耐局部腐蝕性能。
經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼，點(diǎn)蝕僅出現(xiàn)在未去除焊接回火色的地方，其它部位未受影響。
樣品清理前存在回火色的區(qū)域，有非常嚴(yán)重的腐蝕
雙相不銹鋼的局部腐蝕往往是奧氏體相或鐵素體相的選擇性腐蝕，因此會(huì)造成腐蝕迅速蔓延、穿透更深。
經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼受到氯離子腐蝕時(shí)，鐵素體相會(huì)發(fā)生選擇性浸出，導(dǎo)致腐蝕迅速擴(kuò)散
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經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼不容易發(fā)生σ 相和χ相等金屬間相的析出，但會(huì)由于碳化物和氮化物的析出導(dǎo)致韌性和耐腐蝕性下降。從TTT曲線看出，LDX2101雙相不銹鋼在700℃較短時(shí)間就發(fā)生韌性的損失。
沖擊強(qiáng)度下降50%的曲線
600 – 750 ℃ 時(shí)效造成耐蝕性和韌性大幅降低的主要原因是鐵素體相中有氮化物析出。
下圖是 LDX 2101在不同時(shí)效溫度下，室溫沖擊功下降的程度與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系
測(cè)試溶液為 5% FeCl3 + 1% NaNO3 ，試樣暴露24小時(shí)，耐蝕性能的下降如下圖。
雙相不銹鋼LDX2101經(jīng)NaOH浸蝕后的顯微組織如下圖所示：
可見(jiàn)，發(fā)生過(guò)氮化物析出和性能損失的樣品，經(jīng)NaOH侵蝕后的金相組織（圖B和圖C) 看上去與固溶退火的金相組織非常相似，采用NaOH侵蝕的方法很難發(fā)現(xiàn)氮化物析出。
草酸浸蝕法是揭示氮化物存在與否的首選方法
草酸浸蝕過(guò)的雙相不銹鋼LDX2101的顯微組織如下圖所示：
草酸侵蝕法是發(fā)現(xiàn)材料是否出現(xiàn)氮化物析出的最佳方式，在這里，氮化物表現(xiàn)為鐵素體相中細(xì)的黑色析出物。ASTM A 1084標(biāo)準(zhǔn)可作為鑒定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定材料是否發(fā)生不可接受的氮化物析出。
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雙相不銹鋼焊縫的強(qiáng)度和加工硬化系數(shù)低于母材，導(dǎo)致焊后冷成形過(guò)程中應(yīng)變較集中。例如，自熔焊焊縫的氮含量低于母材，造成加工硬化系數(shù)也有所不同。
一個(gè)例子
經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼試樣，ASTM A790，焊管，自熔焊縫位于標(biāo)距長(zhǎng)度中心位置，經(jīng)過(guò)固溶退火處理，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。
試樣在焊縫處發(fā)生斷裂，而力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果顯示強(qiáng)度是足夠的，但是延伸率僅為18%，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低值為30%。力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如下表所示：
斷裂試樣的金相檢查顯示，拉伸試樣的焊縫處發(fā)生斷裂，斷口處存在具有大量塑性變形的再結(jié)晶金相組織， 焊縫并沒(méi)有有害二次相的析出和明顯的韌性斷裂，斷裂試樣的斷面收縮率為38%。延伸率降低是由于應(yīng)變集中在窄的焊縫上，造成2英寸標(biāo)距長(zhǎng)度上延伸率較低，斷面收縮率較高。
為了避免此類問(wèn)題：
1) 保護(hù)氣體中應(yīng)當(dāng)加N，使得焊縫與母材的N含量和加工硬化系數(shù)有較好的匹配；
2) 挑選與母材加工硬化性能相近的填充金屬（氮、鎳含量相近）
機(jī)械性能的不一致會(huì)造成焊后冷成形過(guò)程中延展性的意外過(guò)載。高氮高強(qiáng)度雙相不銹鋼牌號(hào)，如經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼和冷軋產(chǎn)品，最容易發(fā)生應(yīng)變集中。
一個(gè)例子：經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼液壓成形封頭失效
液壓成型前，經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼冷軋板采用2209填充金屬進(jìn)行GTAW焊接，2209填充金屬的加工硬化系數(shù)低于S32101母材。在封頭的冷成形中，由于應(yīng)變集中在焊縫，造成經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼液壓成形封頭在焊縫處出現(xiàn)韌性撕裂。
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激光切割的特點(diǎn)：
激光束精確聚焦，切割質(zhì)量高，速度快；
熱量輸入低；
冷卻速度非?？?；
熱影響區(qū)很窄且鐵素體含量較高 ；
切邊的耐蝕性可能下降。
耐蝕性試驗(yàn)：
按照ASTM A1084 測(cè)試方法C，對(duì)S32101雙相不銹鋼試樣采用5%FeCl3/ 1% NaNO3 溶液進(jìn)行試驗(yàn)，暴露24小時(shí)。結(jié)果如下表顯示，與修磨的切邊相比，原切邊的腐蝕速率明顯較高。
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雙相不銹鋼常常由于其良好的耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能而被采用。在完全浸沒(méi)的條件下，雙相不銹鋼耐氯化物腐蝕的能力非常好，但是下圖中的氯化物SCC閾值僅適用于浸沒(méi)條件。在蒸發(fā)條件下，發(fā)生開(kāi)裂的溫度閾值大大降低。
氯化物SCC閾值（全浸沒(méi)、中性pH值、簡(jiǎn)單鹽溶液）
由于許多鹽有吸濕特性，如MgCl2 ，CaCl2 和 FeCl3 等在高于潮解點(diǎn)的相對(duì)濕度下形成濃縮鹽溶液，蒸發(fā)狀態(tài)造成不銹鋼在比完全浸沒(méi)狀態(tài)下發(fā)生開(kāi)裂的溫度閾值低得多的溫度下，即發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。在苛刻的海水蒸發(fā)條件下，有報(bào)道顯示22%和25%Cr雙相鋼在70°C即發(fā)生開(kāi)裂。
一個(gè)例子
2304U型彎頭試樣，應(yīng)力面有 MgCl2 液滴，如圖：
試樣在40℃、相對(duì)濕度50%環(huán)境下暴露10周，MgCl2液滴下出現(xiàn)裂紋，如圖
裂紋出現(xiàn)時(shí)的溫度遠(yuǎn)低于全浸沒(méi)狀態(tài)下發(fā)生SCC的閾值溫度。
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選擇不銹鋼時(shí)，必須考慮蒸發(fā)條件和吸濕性鹽沉積物存在的可能性；
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相對(duì)濕度達(dá)到或略高于潮解點(diǎn)時(shí)，吸濕性鹽會(huì)形成強(qiáng)腐蝕性鹽溶液，導(dǎo)致發(fā)生SCC的溫度遠(yuǎn)低于全浸沒(méi)狀態(tài)下SCC的閾值溫度；
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溫度高于反應(yīng)物料露點(diǎn)時(shí)，吸濕性鹽會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的鹽溶液；
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服役環(huán)境必須低于潮解點(diǎn)，才能使鹽處于干燥狀態(tài)，不發(fā)生水溶液腐蝕。
對(duì)于成功地選擇、制造和使用雙相不銹鋼，有許多眾所周知和常用的措施。此外，還有一些未得到充分認(rèn)知的注意事項(xiàng)應(yīng)該引起廣泛關(guān)注，包括：
去除焊縫回火色；
避免經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼的氮化物析出；
在強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中避免使用激光切割表面；
對(duì)于要求焊后冷成形的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)避免焊縫與母材的強(qiáng)度及加工硬化率不匹配；
不銹鋼在蒸發(fā)條件下發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕的溫度閾值非常低。
本文轉(zhuǎn)自中國(guó)特鋼不銹鋼分會(huì)
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