双相不锈钢设备制作

双相不锈钢设备制作

袁有刚1任超民2李挺3毛建海4

浙江特富锅炉有限公司浙江省嘉兴市314400

摘要：双相不锈钢是一种由铁素体和奥氏体混合而成的钢材，它在继承铁素体不锈钢高强度、高导热系数和抗应力腐蚀能力强的基础上，同时保留了奥氏体不锈钢的优良韧性以及焊接性能的优点。为了深入研究这种钢材的特点，推广其制造工艺，本文在介绍双相不锈钢研究现状及其特点的基础上，着重分析了双相不锈钢设备制造工艺。

关键词：双相不锈钢；高强度；抗腐蚀；焊接性能

一、引言：

所谓双相不锈钢是在其固溶组织中同时包含铁素体相与奥氏体相的一种新型钢材，通常两相材料在不锈钢体中各占一半，对于某些特殊情形它们的含量也不能低于30%。由于这类钢材是由两相材料通过适当的工艺处理方法混合而成，它可以有效地将奥氏体不锈钢的优良韧性和焊接性，以及铁素体不锈钢的高强度和耐腐蚀性结合在一起，在继承两相材料优点的基础上，具有更好的力学和焊接性能。正是给予这些优点，这种不锈钢已经广泛应用于中性氯化物环境、石油化工、海水环境、炼油工业等工业领域，近年来更被研究用于桥梁承重结构领域，具有很好的发展前景。

二、双相不锈钢的发展：

双相钢是在20世纪70年代中期发展起来的一种新型材料，在经过几代双相不锈钢的发展和完善，至今已有包括超级双相不锈钢在内的系列牌号。双相不锈钢己是一个成熟的，能与马氏体、铁素体、奥氏体不锈钢并列的钢类。发展到今天，双相不锈钢无论从生产、加工制造及应用角度来看，技术上已然比较成熟。尽管世界双相不锈钢的年产量不是很高，但随着双相不锈钢局部腐蚀性能好和强度高的优势的充分利用和展现，以及有目共睹的良好使用效果，使其每年以20％的速率增长，发展前景非常良好。因此，本文在介绍国内外双相不锈钢发展概况的基础上，概述了这种钢材的特点以及其在设备中的应用。

三、双相不锈钢的种类：

双相不锈钢一般可分为四类：第一类：低合金型，代表牌号UNSS32304，钢中不含钼，PREN：24-25，耐应力腐蚀方面可代替304或是316使用。第二类：中合金型，代表牌号UNSS31803，PREN：32-33耐蚀性能介于316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。第三类：高合金型，一般含22%Cr，还含有钼和氮，有的还含有铜和钨，标准牌号有UNSS32550，PREN：38-39耐蚀性能高于22%Cr双相不锈钢。第四类：超级双相不锈钢型，含高钼和氮，标准牌号有UNSS32750，有的也含钨和铜，PREN＞40可使用于苛刻的介质条件，具有良好的耐蚀与力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相媲美。（注：PREN：孔蚀抗力当量值）

四、双相不锈钢性能特点：

1.含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60℃以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。

2.含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI316L相当。含25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI316L。

3.可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。

4.含低铬（18%Cr）的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过锻造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，可以生产板、管等产品。

5.冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，需施加较大应力才能变形。

6.与奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。

7.仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用在高于300°C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。

正是基于以上这些优点，双相不锈钢与其他几种典型的钢材一样，已经广泛应用于工业生产和人们的日常生活中。

五、双相不锈钢设备的制造：

1.材料的存放与处理：

当存放、处理和装配双相不锈钢时，应当控制环境以避开对氧化膜的长期破坏，该氧化膜给予双相不锈钢较好的抗腐蚀力，在存放、处理和装配的任何时期，双相不锈钢应当远离污染和表面破坏。双相不锈钢与其他材料的接触，例如碳钢、铜、油漆及颜料等会引起氧化膜的破坏，所以应当避免与以上材料接触。

2.材料复验：

双相不锈钢材料必须严格按标准和材料选用技术要求的规定进行复验，其化学成分、力学性能、金相组织、铁素体测定必须按炉批号进行复验。

3.加工成型：

双相不锈钢在成型作业时应注意对其表面的保护；由于双相不锈钢的屈服强度是普通不锈钢的2倍以上，所以需要更高的设备能力，一般来讲，成型载荷约要高出普通碳钢的60～100%，且成型速度应适当减慢；成型工具必须能承担双相不锈钢的磨损，擦拭磨具、芯轴等应该使用耐磨损工具钢。

4.焊接：

双相不锈钢的焊接性能较好，不需要预热和焊后热处理，只有对于较厚的复合板设备，应根据基层材料的厚度，按有关标准规范进行预热和焊后热处理。双相不锈钢的焊接可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊等方法。在焊接过程中必须控制线能量和层间温度，以保证焊接金相组织和耐腐性能，一般线能量控制范围在0.5KJ/mm～2.5KJ/mm之间，层间温度控制在150℃以下。

双相不锈钢设备在焊接前必须按标准规定进行焊接工艺评定和焊工技能评定，确保焊接工艺可行和焊工资格的认可。焊接工艺评定试板也可进行相关的检查，焊缝的表面检查、射线探伤和着色探伤，化学成份、力学性能试验、金相组织检查、铁素体测定、腐蚀试验应符合相关要求。

双相不锈钢的焊接材料或填充材料通常采用比母材含镍高的材料，对于含氮的双相不锈钢要求焊材和母材的含氮量相同。以保证焊缝金属有足够的奥氏体量。

5.焊后清洗：

双相不锈钢产品的抗腐蚀力主要受它们表面条件的影响，一般双相不锈钢产品焊接后进行酸洗作业。酸洗是通过化学反应将钢表面的氧化物或表面层清除掉，酸洗液的成分取决于钢的种类、酸洗温度和时间。

6.机械加工：

因为双相不锈钢机械性能及微观组织的特殊性，双相不锈钢的加工性不同于碳钢及普通不锈钢，在机械加工时应注意：

（1）加工普通不锈钢用的刀具可用，最好选用合金刀头，刀头的规格应加大；

（2）加工刀具的倾角应适当调整，以保证刀具锋利性以及加工后表面的光洁度；

（3）切削加工时的速度应适当降低（相比316L应低20%），但进刀量应适当增大，以方便去除上一次加工时产生残留的加工硬化层。

（4）加工过程中应当随时调整刀具状态以及加工的参数值。

7.双相不锈钢设备制造一般有以下检查项目：

（1）材料检查（包括焊材）；（2）坡口检查；（3）焊后的清根检查；（4）焊接作业中确认；（5）焊缝外观检查；（6）无损检测（RT/UT/PT）；（7）酸洗、钝化后蓝点检查；（8）焊缝部铁素体测定；（9）总体外观尺寸检查；（10）识别刻印内容确认。

六、结语：

双相钢是一种特殊的不锈钢，在设计选用时，要了解其特性；在制造设备时，要重视材料的选用和复验，重视制造过程中的质量控制，从而使双相不锈钢设备在不同的化工场合，充分发挥其性能。

参考文献：

[1]高娃.罗建明.杨建君.双相钢不锈钢的研究进展及其应用[J].兵器材料科学与工程.2005.28（3）.

[2]张波.龚利华.双相不锈钢焊接接头的耐蚀性研究[J].全面腐蚀控制.2009.23（4）.

[3]吴军.双相钢的研究现状及应用展望[J].钢铁研究1994.02

作者简介：袁有刚：男，1979年生，大学本科毕业，主要负责锅炉及压力容器整体制造工艺。