双相不锈钢的发展、特点及其应用

王刚　郭幼丹　郭雷　余思骞　吴亚平

摘 要：双相不锈钢于20世纪30年代被开发出来，其以优良的性能在船海工程、深海石油、化工工业、建筑结构等领域得到了广泛的应用。简单介绍了双相不锈钢发展的历史背景，综述了双相不锈钢的性能特点和几种常用不锈钢的主要化学成分，最后介绍了双相不锈钢在各个领域的应用及其未来的发展前景。

关键词：双相不锈钢；耐腐蚀能力；力学性能；性能特点

中图分类号：G142.71 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.091

双相不锈钢组织结构由铁素体和奥氏体两相组成，兼具铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点。它将铁素体不锈钢强度高、塑性好、耐腐蚀等特点与奥氏体不锈钢所具有的良好的韧性和焊接性相结合。正是由于双相不锈钢各方面的性能优异，因此，双相不锈钢自20世纪30年代被开发以来，便在海洋工程、船舶、石油、化工等领域得到了广泛的应用。近年来，世界双相不锈钢的产量不断增长，已占不锈钢总产量的5%以上。

1 双相不锈钢的发展

1.1 历史背景

为了解决铁素体类或马氏体类不锈钢在酸性环境下耐腐蚀能力不足的问题，20世纪30年代，许多国家开始双相不锈钢的研制工作，相继有多种合金含量不同的双相不锈钢被开发出来，典型的代表有瑞典的435E、3RE60钢，法国的Urnnus50钢。这些钢种成为了最早的双相不锈钢，即第一代双相不锈钢，其中又以3RE60钢最具代表性。这种钢的含碳量极低，加工性能和焊接性能良好，同时耐局部腐蚀和应力腐蚀的能力较强，因此得到了较为广泛的应用。

20世纪70年代，得益于二次精练技术的出现以及双相不锈钢中其他合金元素的加入，尤其是氮元素的添加，使得双相不锈钢的发展有了一个很大的突破，进而研制开发了第二代双相不锈钢，典型的代表是SAF2205钢。这种钢的力学性能和耐局部腐蚀能力得到了很大的增强。第二代双相不锈钢解决了第一代双相不锈钢铁素体含量过高的问题，改善了材料的冷、热加工工艺性能，减少了C对耐腐蚀性能的不利作用。

对于船海工程、石油化工这类工况复杂、苛刻的行业，第二代双相不锈钢的耐海水腐蚀能力和焊接性能表现出局限性。因此，世界各国都致力于研制腐蚀性更强的双相不锈钢。20世纪80年代，运用热力学数据，研制开发了超级双相不锈钢，典型代表为SAF2507钢。作为第三代双相不锈钢的代表，SAF2507钢提高了合金元素的含量，较好地平衡了铁素体和奥氏体的相比例。通过热成形的方法使两相的比例接近1∶1，同时强度得到极大的提高。

双相不锈钢开发至今，其研制与发展经过了80多年，已形成了比较完善的系列。在化学成分、材料组织、性能、制造及加工等各方面也有了较为完善的方法和措施。表1为国内外几种常见的双相不锈钢的化学成分。

1.2 双相不锈钢的特点

双相不锈钢具有铁素体和奥氏体两相组织，通过正确的方法控制化学成分，并运用合理的热处理工艺，可以将双相不锈钢的超强的耐腐蚀能力、力学性能和焊接性能发挥到极致。双相不锈钢的主要特点为：①良好的耐氯化物应力腐蚀能力，在化工工业中可用于冷凝器、热交换器等设备。②极佳的强度与韧性。双相不锈钢材料的延伸率可达到40%，通过正确的方法

进行热处理，可使强度提高到1 500 MPa以上。同时，热处理

后材料的渐变微观结构使得其抗冲击性能得到提升。③优良的焊接性能，热裂倾向较小，不需要进行焊后热处理。④不适宜在高温的工况下长时间使用，这将降低材料的韧性。⑤热处理过程在铁素体和奥氏体的晶界处易析出有害相 相，这将导致材料韧性和耐腐蚀性能的急剧下降。

2 双相不锈钢的应用

双相不锈钢无论从其优良的耐腐蚀性，还是从其力学性能方面着眼，都有着极佳的使用性。经过80多年的改进和开发，双相不锈钢已在船海工程、海水淡化、深海油田、化工工业等各个领域得到了广泛的应用。

2.1 船海工程

海洋平台、船舶等结构物的工作环境为海洋，而海水的腐蚀性很强，尤其近年来海水遭到污染，海水中的硫酸盐被还原后产生了具有强烈腐蚀性的硫离子，因此这类结构物在建造时要特别重视材料的耐腐蚀性能。目前，双相不锈钢已用于制作海洋钻井，生产、作业平台，船舶轴系，船用螺旋桨等。日本利用双相不锈钢制作的螺旋桨，在满足耐腐蚀的前提下，由于强度高，在相同的设计条件下降低了螺旋桨的重量，从而减小了螺旋桨的转动惯量，提高了推进效率，同时减轻了螺旋桨的振动，降低了噪声。

2.2 建筑结构

世界上有许多桥梁及其他建筑也开始使用双相不锈钢，例如使用SAF2205钢建造的英国York桥、瑞典的Aparte桥以及纽约的Brooklyn大桥。由于双相不锈钢极高的强度和良好的韧性，使得这些桥梁拥有很好的抗疲劳性能，寿命是普通桥梁的2倍以上。美国卡塔尔多哈国际机场屋顶采用双相不锈钢建造，是目前世界上最大的不锈钢屋顶。

2.3 化工工业

双相不锈钢的耐氯化物腐蚀性能很好，因此，它被广泛应用于热交换器、反应器、压力容器等设备，并用于硫酸、磷酸、聚氯乙烯等化学产品的生产。同时，其高强度的特点在制作存储槽、运输罐时也能够很好地反映出来。

3 结束语

双相不锈钢的最新发展动态是通过添加微量合金W、Cu、

Re等，开发新的高牌号双相不锈钢。这些微量元素的添加进一步提升了材料的耐腐蚀性、力学性能和焊接性能。最新研发的新型稀土双相不锈钢有SG52和Safurex等。在镍价波动变化大时，开发节镍经济型钢种也是双相不锈钢的发展动态之一，目前这类经济型新钢种有UNSS32001，同时在生产工艺上也有一些改进与发展。双相不锈钢以其优异的性能在很多领域得到了应用，同时，新型的稀土双相不锈钢和超双相不锈钢的研制将会使其拥有更为广阔的应用前景，双相不锈钢的不断研制与开发也将成为不锈钢发展的一个重要方向。

参考文献

[1]孙文山.双相不锈钢及其应用[J].化肥设计，2000（05）.

[2]高娃，罗建民，杨建君.双相不锈钢的研究进展及其应用[J].兵器材料科学与工程，2005（05）.

[3]吴玖.双相不锈钢[M].北京：冶金工业出版社，1999.

〔编辑：王霞〕

Abstract： Duplex stainless steel in the 1930s has been developed， and its excellent performance in the field of ship and ocean engineering， deep-sea oil， chemical industry， building structure has been widely used. A brief historical background of the development of duplex stainless steel， duplex stainless reviewed performance characteristics and major chemical components of several commonly used stainless steel， and finally introduces the application and future prospects of duplex stainless steel in various fields.

Key words： duplex stainless steel； corrosion resistance； mechanical properties； performance characteristics