双相不锈钢的焊接性及其焊接材料的分析

双相不锈钢的焊接性及其焊接材料的分析

李楠1杨涛2熊奇3薛伟航4张芳5耿鑫6

1.海洋石油工程股份有限公司；2.海洋石油工程股份有限公司；3.海洋石油工程（青岛）有限公司；.海洋石油工程（青岛）有限公司；5.海洋石油工程股份有限公司建造公司；海洋石油工程股份有限公司设计公司；

摘要：双相不锈钢是结合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，设计而成的一种不锈钢，具有抗腐蚀性高，焊接性能高的特点。而本文主要针对双相不锈钢的焊接特点以及焊接材料进行简单的分析和总结，主要是依据不同金属元素在双相不锈钢中的比例不同，对双相不锈钢所带来的影响，进一步找到更合适的金属元素的比例，从而让双相不锈钢的抗腐蚀性和焊接性能更强，保证焊接性能的稳定性和以及不锈钢相的比例平衡和稳定。因此，本文主要针对双相不锈钢材料的发展过程进行简单阐述和说明，然后对双相不锈钢的焊接性能以及焊接材料进行详细的分析和总结，为双相不锈钢的进一步发展提供了数据支持和帮助，可以让双相不锈钢应用更多的行业和产业之中。

关键词：双相不锈钢；焊接性；焊接材料；变化；分析

引言

双相不锈钢（DuplexStainlessSteel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。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双相不锈钢的概述和变化过程

双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，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、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。双相不锈钢是奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的结合，实现了抗腐蚀性和高焊接性能的目标。而双相不锈钢的变化过程，主要有四个环节，这四个环节分别体现了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢在双相不锈钢变化中起到的作用。而且在这一个过程中，也体现了双相不锈钢之中，金属元素的比例和含量的变化，达到某一个平衡点的时候，才能实现双相不锈钢的相的稳定性，也才能保证抗腐蚀性和焊接点的稳定性。而双相不锈钢的变化过程需要满足两个条件，分别是，在化学变化以及热处理，依据这两个基础条件，可以实现液相→液相+铁素体→铁素体→铁素体+奥氏体，这一个基础流程。该过程体现出了双相不锈钢具有高抗腐蚀性，高焊接性，以及塑性和韧性高的特点的原因。而整个过程所需要的温度大约在800到1300℃之间，不能低也不能超过这个范围，在这个范围内的双相不锈钢相变过程，才能导致浸塑袁术的稳定性。

2双相不锈钢的焊接性能

双相不锈钢的焊接性能，主要与双相不锈钢的金属元素的含量和比例有关系，在使用焊接热循环的时候，则可以破坏金属元素的含量和相的比例的稳定，从而破坏了双相不锈钢的力学性能和塑性。通过表1可以了解到，双相不锈钢的金属元素含量和比例具体为多少：

表1双相不锈钢金属元素含量比例（%）

CrNiMoNCW、Cu

23%~28%4%~86%2.0%~4.8%0.08%~0.32%不超过0.03%微量、机会无

通过表1可以知道其中的金属元素的含量，其中应该是铁素体和奥氏体各占50%，但是目前双相不锈钢中的不锈钢含量也不能少，大约是在30%左右的含量。而通过数据可以知道，当使用焊接热循环的时候，可以改变铁素体的含量，第一代的双相不锈钢会因为焊接热，导致铁素体的含量增加减少了双相不锈钢的抗腐蚀性和塑性，因此，需要改变双相不锈钢的金属元素的含量，因此会在其中加入一定量的N，同时在双相不锈钢焊接材料中，也应该加入Ni元素，这样可以有效的增加双相不锈钢的抗腐蚀性和塑性，这就是第二代的双相不锈钢。因为N可以稳定奥氏体，这样可以在就焊接热循环的情况下，最大程度的压缩铁素体的存在空间，从而加强了双相不锈钢的抗腐蚀性和塑性。而增加Ni，则可以让奥氏体的含量增加，这样可以确保双相不锈钢的相比例的稳定，确保焊接性能的增加。

3双相不锈钢的焊接材料分析

3.1双相不锈钢材料要求

双相不锈钢选择的焊接材料，需要符合一定的标准和要求。主要有两个要求，分别是填充金属，以及保护气体这两方面内容来选择。因为双相不锈钢的母材料在焊接状态下，出现的焊接金属缝的Ni的含量是相对比较高的，因此会导致双相不锈钢中的奥体素含量比较高，这样可以快速的提高其抗腐蚀性和塑性，以及相的比例，而焊接的条件要求是在1000℃到1100℃之间，不能过高也不能不过底。因为在该温度下进行焊接，可以确保母材料和焊接缝之中的Ni元素的含量比例增加，并且平衡在60%左右，这样可以确保焊接性的增强。

3.2双相不锈钢材料的选择

双相不锈钢材料的选择不仅要依据相关要求进行选择，更是应该依据材料的性质进行选择。首先需要依据双相不锈钢的金属元素的含量，选择有关的不锈钢材料，比如，双相不锈钢的母材料使用的是Cr22，那么依据母材料，选择的不锈钢材料应该是Cr22Ni9Mo3型号的焊条，这样可以确保各个金属元素在焊接热循环之中，可以保持相当的比例平衡，比如，比如可以保证Ni含量的增加，提高双相不锈钢的塑性和抗腐蚀性，以及符合力学特性的要求。最重要的是，在选择合适的材料以后，还应该选择合适的焊接方式，一般使用的是实心气体保护焊，以及使用金红石型焊芯，这样可以在焊缝连接的过程中，保证美观性。所以，双相不锈钢材料的选择，应该依据母材料进行选择，而且其中Ni元素的含量，也应该有所提高。

4结束语

双相不锈钢应用工业，船舶等重要行业之中，对于双相不锈钢的应用，主要就是参考其防腐蚀性和焊接性能的强度。而本文主要针对双相不锈钢的焊接性能以及焊接材料进行了详细的分析，以及不同金属元素的比例的稳定性，让双相不锈钢的焊接性能更好。而且参考不同类型的双相不锈钢的金属元素的比例和含量，从而确定一个相的比例最稳定，而且抗腐蚀性最好，同时焊接性最好的焊接材料，制作双相不锈钢，满足相关行业的高标准要求。

参考文献

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[2]徐玉强，杨尚玉，许可望，马洪伟，王培永.超级双相不锈钢2507及其焊接工艺[J].电焊机，2013（06）：123-125.