不銹鋼

雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱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。在含C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。

不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨著鉻含量的增加而提高，當(dāng)鋼中的鉻含量Cr≥12%，會(huì)在鋼的表面形成一層非常薄，但很致密的氧化膜(通稱鈍化膜)，保護(hù)基體不再被氧化或腐蝕，不銹鋼因此具有優(yōu)良的耐蝕性能。

雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱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。在含C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。

第一類屬低合金型，代表牌號(hào)UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），鋼中不含鉬，PREN值為24-25，在耐應(yīng)力腐蝕方面可代替AISI304或316使用。

第二類屬中合金型，代表牌號(hào)是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,PREN值為32-33，其耐蝕性能介于AISI 316L和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。

第三類屬高合金型，一般含25%Cr，還含有鉬和氮，有的還含有銅和鎢，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)UNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N），PREN值為38-39，這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。

第四類屬超級(jí)雙相不銹鋼型，含高鉬和氮，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)UNS S32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）,有的也含鎢和銅,PREN值大于40,可適用于苛刻的介質(zhì)條件,具有良好的耐蝕與力學(xué)綜合性 能，可與超級(jí)奧氏體不銹鋼相媲美。

由于兩相組織的特點(diǎn)，通過(guò)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(diǎn)。

（1）屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲(chǔ)罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-50%，有利于降低成本。

（2）具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應(yīng)力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問(wèn)題。

（3）在許多介質(zhì)中應(yīng)用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的316L奧氏體不銹鋼，而超級(jí)雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，在一些介質(zhì)中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。

（4）具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。

（5）比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產(chǎn)復(fù)合板或襯里等。

（1）應(yīng)用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。

（2）其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。

 （1）綜合力學(xué)性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不像鐵素體不銹鋼那樣對(duì)脆性敏感。

（2）除耐應(yīng)力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。

（3）冷加工工藝性能和冷成型性能遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼。

（4）焊接性能也遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理。

雙相不銹鋼不管是在高度腐蝕環(huán)境還是在不銹鋼結(jié)構(gòu)的工程材料方面都是一種萬(wàn)能的材料。其用途包括： 

● 造紙工業(yè)；

● 化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)；

● 濕法冶金； 

● 有機(jī)酸和苛性堿介質(zhì)； 

● 污染控制設(shè)備； 

● 化學(xué)品貯槽； 

● 海上和海岸應(yīng)用； 

● 釀酒廠的管道裝置； 

● 建筑物。

雙相不銹鋼是集優(yōu)良耐腐蝕性、高強(qiáng)度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼類。其物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。

西班牙梅諾卡Cala Galdana 采用雙相不銹鋼2205建造的橋

雙相不銹鋼歷史

雙相不銹鋼已有近80年的歷史，其顯微組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半。早期的牌號(hào)是鉻、鎳和鉬的合金。第一批鍛軋雙相不銹鋼于1930年在瑞典生產(chǎn)，并用于亞硫酸鹽造紙工業(yè)。這些鋼種是高碳雙相不銹鋼，其最初的開(kāi)發(fā)目的是為了減少晶間腐蝕問(wèn)題。1930年芬蘭生產(chǎn)出雙相不銹鋼鑄件，1936年法國(guó)獲得專利鋼種，就是后來(lái)著名的Uranus50。二戰(zhàn)后，AISI329不銹鋼成為成熟的牌號(hào)并廣泛用于硝酸裝置的熱交換器管道。3RE60是專為提高耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂（SCC）性能而開(kāi)發(fā)的第一代雙相不銹鋼牌號(hào)之一；后來(lái)，鍛造和鑄造雙相不銹鋼牌號(hào)均用于各種加工工業(yè)，包括容器、熱交換器和泵。

2205 T形法蘭©Arco Exploration and Production Technolo

第一代雙相不銹鋼具有良好的性能，但在焊接狀態(tài)下有局限性。焊縫的熱影響區(qū)（HAZ）由于鐵素體過(guò)多而韌性低，并且耐腐蝕性明顯低于母材。這些局限性限制了第一代雙相不銹鋼的應(yīng)用，通常僅限于非焊接狀態(tài)使用。1968年不銹鋼精煉和氬氧脫碳（AOD）工藝的發(fā)明，使一系列新不銹鋼鋼種的產(chǎn)生成為可能。AOD所帶來(lái)的諸多進(jìn)步之一便是氮作為合金元素的刻意添加。雙相不銹鋼的氮合金化使得焊接狀態(tài)下HAZ的韌性和耐腐蝕性接近于母材成為可能。隨著奧氏體穩(wěn)定性的提高，氮也降低了有害金屬間相的形成速率。

提高石油回收率的設(shè)備采用2507不銹鋼

第二代雙相不銹鋼具有氮合金化的特征。這一新的商品化進(jìn)展始于上世紀(jì)70年代后期，正好與北海海上油氣田的開(kāi)發(fā)以及對(duì)具有優(yōu)異耐氯離子腐蝕性能、良好的加工性能和高強(qiáng)度的 不銹鋼的需求相吻合。2205成為第二代雙相不銹鋼的主要牌號(hào)并廣泛用于海上石油平臺(tái)集氣管線和處理設(shè)施。由于這類鋼的強(qiáng)度高，允許在平臺(tái)上進(jìn)行減小壁厚和減重，使其應(yīng)用有很大的吸引力。

大型橋面上安裝雙相不銹鋼鋼筋© Hardesty & Hanover， LLP

雙相不銹鋼一直在不斷發(fā)展，雙相不銹鋼包含一系列腐蝕特性各不相同的牌號(hào)，其腐蝕性能取決于它們的合金成分?，F(xiàn)代雙相不銹鋼可分為五種類型：

* 不添加鉬的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼如2304；

* 標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼如2205，是主要的鋼種，占雙相鋼用量的80%以上；

* 25Cr雙相不銹鋼如合金255，PREN值小于40；

* 超級(jí)雙相不銹鋼（PREN值40～ 45），含25％～26%Cr，比25Cr雙相不銹鋼更高的鉬和氮的含量，如2507；

* 特超級(jí)雙相不銹鋼，PREN值超過(guò)45的高合金化雙相不銹鋼。

雙相不銹鋼的應(yīng)用

煙氣脫硫

燃煤電力設(shè)施為進(jìn)一步降低SO₂的排放，而煙氣脫硫（FGD）是達(dá)到SO₂低排放的一種方法。利用石灰或石灰石泥漿 "濕法洗滌"煙氣中的SO₂是一種成熟技術(shù)，自從上世紀(jì)70年代以來(lái)就作 為基本方法用于電站鍋爐系統(tǒng)。

用2205雙相不銹鋼制造的煙氣脫硫裝置© ArcelorMittal

現(xiàn)代化洗滌裝置目前能去除廢氣中90%的SO₂。現(xiàn)代化FGD裝置由具有不同溫度、氯化物含量和pH的幾個(gè)區(qū) 組成。2205不銹鋼（S32205）由于與奧氏體不銹鋼相比成本更低，耐腐蝕性更好，已經(jīng)在歐洲和亞洲用于FGD裝置。最近，北美已經(jīng)接受雙相不銹鋼的應(yīng)用，由于其焊后的高強(qiáng)度、良好的耐腐蝕性能和高韌性，已成為最受歡迎的FGD吸收塔選材。

海水淡化

海水淡化由于其高氯化物含量、高溫的腐蝕性工藝環(huán)境，使材料經(jīng)受了最嚴(yán)格的一種考驗(yàn)。海水淡化的歷史基本上是材料發(fā)展的歷史，因?yàn)楹Ｋ瘶I(yè)的客戶需要在滿足耐腐蝕性要 求與將投資控制在可承受范圍的要求之間尋求平衡。早期的海水淡化項(xiàng)目中，多級(jí)閃蒸（MSF）和多效（MED）海水淡化設(shè)備的蒸發(fā)器使用碳鋼制造。后來(lái)，MSF蒸發(fā)器一般用316L（EN1.4404）奧氏體不銹鋼包覆。MED蒸發(fā)室先是采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層，后來(lái)用不銹鋼包覆。

用S32101和S32205雙相不銹鋼制造的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置© Outokumpu

使用雙相不銹鋼的好處是，它的高強(qiáng)度是傳統(tǒng)奧氏體鋼種的兩倍與高耐腐蝕性能相結(jié)合。因此，雙相不銹鋼蒸發(fā)器可用更薄的鋼板制造，所需的材料和焊接較少。更多的好處包括容易處理，對(duì)環(huán)境的綜合影響較少。

石油和天然氣

在石油天然氣工業(yè)中，雙相鋼在幫助抵抗惡劣條件方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。雙相不銹鋼主要應(yīng)用在流體管、工藝管線系統(tǒng)和設(shè)備，如分離裝置、洗滌裝置和泵。在海下，這些材料用于井下生產(chǎn)管道、管件和集合管、流體管和運(yùn)輸腐蝕性油氣的管線。超級(jí)雙相不銹鋼（25％Cr），因其對(duì)設(shè)計(jì)應(yīng)力的有效抵抗能力，經(jīng)常用于以下幾個(gè)方面：圓棒、鍛件、鑄件、薄板、厚板、管材、緊固件等。

用于海上石油和天然氣的2507臍帶纜© Sandvik

超級(jí)雙相鋼還具有優(yōu)良的抗疲勞性能以及與其他高合金不銹鋼良好的電偶相容性。臍帶纜是用來(lái)使用液壓線進(jìn)行井口操作控制的，也可用于化學(xué)品注入。從鋼臍帶纜被引入市場(chǎng)以來(lái)，雙相不銹鋼一直是最常用的材料。最近幾年，開(kāi)發(fā)深海油氣田的趨勢(shì)，需要更長(zhǎng)的臍帶纜。提高材料的強(qiáng)度可降低臍帶纜的重量，可使長(zhǎng)度更長(zhǎng)。

生物燃料

生物燃料工業(yè)（尤其是乙醇）是雙相鋼應(yīng)用不斷增長(zhǎng)的一個(gè)領(lǐng)域。2205不銹鋼已用于新加坡生物質(zhì)制油NExBTL工藝設(shè)備。在阿姆斯特丹港的一個(gè)大型生物燃料工程中，荷蘭儲(chǔ)罐制造商Oostwouder Tank-&SilobouwBV為Noba VetveredelingBV制造的油庫(kù)選用了S32101。在瑞典Händelö島的Agroetanol乙醇裝置擴(kuò)建工程中，S32101還被指定用于制造容器和管道。在許多乙醇裝置用途中，經(jīng)濟(jì)型雙相鋼已被用來(lái)替代300系列奧氏體不銹鋼。

瑞典SodraCellMönsteras紙漿廠的2205硫酸鹽紙漿連續(xù)蒸煮器和浸漬塔

食品和飲料

在食品和飲料工業(yè)中經(jīng)濟(jì)型雙相鋼也證明了其價(jià)值。這種材料在西班牙的兩個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，一個(gè)食品儲(chǔ)存庫(kù)和一個(gè)酒品儲(chǔ)存庫(kù)。在巴塞羅那港，Emypro SA全部采用S32101修建食品儲(chǔ)存罐，取代了EN1.4301 /1.4307 （304/304L）。在西班牙南部的代米耶爾， 由西班牙儲(chǔ)罐制造商Martinez Sole為GarciaCarrion建造的酒品儲(chǔ)存庫(kù)，第一次使用了雙相不銹鋼。

2507不銹鋼降膜蒸發(fā)器© Gary Carinci，TMR不銹鋼

建筑工業(yè)

雙相鋼不斷在橋梁建造中發(fā)揮重要作用，橋梁在腐蝕和含鹽環(huán)境使用，同時(shí)要求較高的承載強(qiáng)度。近期的兩個(gè)實(shí)例均來(lái)自于亞洲，分別是香港的昂船洲大橋和新加坡的雙螺旋步行橋，它們均使用了2205雙相不銹鋼。2006年昂船洲大橋使用了2000噸2205雙相鋼板材和管材，其表層部分由中國(guó)的制造廠用定制尺寸的板材建造。板材經(jīng)過(guò)拋光和噴丸處理，以便在白天和晚上均能有最佳的反射性。

新加坡雙螺旋步行橋，由2205雙相不銹鋼建造© C.F.Jones

此外，雙螺旋步行橋使用了570噸雙相不銹鋼。這座橋令人驚嘆的設(shè)計(jì)包含了類似于DNA結(jié)構(gòu)的兩個(gè)螺旋形管狀不銹鋼部分，其雙螺旋支撐結(jié)構(gòu)分別使用2205雙相鋼管材和板材。不銹鋼表面通過(guò)反射燈光來(lái)提供晚間照明，反射燈光被用來(lái)增強(qiáng)設(shè)計(jì)效果。

采用了雙相不銹鋼屋頂?shù)亩喙聡?guó)際機(jī)場(chǎng)© Qatar Airways

位于卡塔爾多哈新國(guó)際機(jī)場(chǎng)的世界最大的不銹鋼屋面使用含鉬的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼（S32003）建造。航站樓最突出的特點(diǎn)是它的波浪形屋頂，據(jù)說(shuō)是世界上最大的不銹鋼屋頂。屋頂面積約為195000平方米，使用了約1600噸雙相不銹鋼。選擇不銹鋼牌號(hào)時(shí)考慮幾個(gè)因素，其中最重要的是機(jī)場(chǎng)離大海的距離。屋頂不僅要抵抗中東地區(qū)的高溫和濕度，還必須能經(jīng)受鹽的腐蝕。與其他鋼種相比，雙相不銹鋼材俱有成本和良好的強(qiáng)度重量比。