【正文】 石油和天然氣工業(yè) 這 是國外應(yīng)用雙相不銹鋼的主要領(lǐng)域之一，目前鋪設(shè)的油氣輸送管線已有1000km。國內(nèi)只有南海油田少量使用，全部進口。另外，西氣東輸工程西起塔里木盆地的集氣管線考慮要用雙相不銹鋼焊管，國內(nèi)已有條件生產(chǎn)和制造。 煉油工業(yè)是最早使用國產(chǎn)雙相不銹鋼的部門，在南京、鎮(zhèn)海、天津、濟南等煉化公司多集中用在常減壓蒸餾塔的塔頂襯里（或復(fù)合板）、塔內(nèi)構(gòu)件、空冷器和水冷器等，最長的已使用 20 年。鎮(zhèn)海煉化公司是我國最大的煉油基地，加工SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 能力為 1600 萬噸，進入世界百強，冷凝冷卻系統(tǒng)中多套設(shè)備使用雙相不銹鋼。 (2) 化學和石化加工工 業(yè) 這一領(lǐng)域涉及的范圍很寬，工況情況復(fù)雜，介質(zhì)多種多樣，也是使用雙相不銹鋼較早和較多的領(lǐng)域。甲醇是重要的能源化工原料， 2020 年國內(nèi)產(chǎn)量 210 萬噸，進口量與此相當，國產(chǎn)缺口很大，當然也有少量（數(shù)千噸）出口韓國，目前20 萬噸的大型和多套 10 萬噸以下的中小型的甲醇合成反應(yīng)器的觸媒管都是采用雙相不銹鋼，大中型裝置采用 2205 鋼管，使用進口管較多，小型裝置多采用 18－ 5Mo 型國產(chǎn)鋼管。 齊魯石化公司氯乙烯裝置的氧氯化反應(yīng)器中的冷卻蛇管的介質(zhì)條件（ HCI，水蒸氣）苛刻，目前已使用進口的 2205 雙相不銹鋼，使用結(jié)果 有待觀察。上海石 化 公 司 乙 烯 裝 置 的 催 化 劑 再 生 冷 卻 器 采 用 國 產(chǎn) 類 似 DP3 鋼的00C25Ni7Mo3WCuN 雙相不銹鋼做海水冷卻器管，海水出口溫度 40℃ ，至今已間歇使用 15 年，效果很好。河南煤化工廠的粉煤氣化裝置的數(shù)臺冷卻器都是采用進口 2205 鋼管制造。 (3) 化肥工業(yè) 尿素工業(yè)也是最早使用國產(chǎn)雙相不銹鋼的部門，裝置中含氯離子水的換熱設(shè)備使用得較多，例如尿素裝置中 CO2壓縮機三段冷卻器原使用 304L 奧氏體不銹鋼管束， l 個月后即因應(yīng)力腐蝕破裂而泄漏，雙相不銹鋼可用 5 年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了 18－ 5Mo 或 2205 雙相不銹鋼。 由于雙相不銹鋼在尿素介質(zhì)中有良好的抗腐蝕疲勞性能，很適合制造尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備 ——甲按泵泵體。國產(chǎn)的 0Cr25Ni6Mo2N 鋼可以通過 Huey 法的晶間腐蝕傾向檢驗，己用于黑龍江化肥廠、洞庭氮肥廠（五柱塞式）等大型化肥廠。國內(nèi)中小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用 18－ 5Mo 鋼制造，有數(shù)十家采用的是高鉻含鉛雙相不銹鋼。此外這種鋼的泵閥鍛件通過了日本 JISG057 G0591 硝酸法和硫酸法的檢驗，批量出口日本，價格要比日本當?shù)厣a(chǎn)的便宜。 此外，采用國產(chǎn) 0Cr25Ni6Mo3CuN 時效 強化雙相不銹鋼，利用其耐磨損腐蝕性能，用于尿素裝置主工藝管路多種規(guī)格的高壓截止閥的內(nèi)件等，效果不錯。 (4) 運輸業(yè) 最近幾年海上化學品運輸船行業(yè)是國外最大的雙相不銹鋼用戶，消費量約占SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 熱軋板的 50％。化學品船裝載的液體貨物多種多樣，包括化學和石化產(chǎn)品，食品等，要求船艙材料既能耐腐蝕，又有高的強度。如今 2205 雙相不銹鋼已代替316L 和 317L 奧氏體不銹鋼，成為海上化學品船的標準用材。 國內(nèi)在這方面剛剛起步，中國長江航運集團青山船廠采用歐洲建造標準，使用進口的 2205 鋼板，自行制造成功第一艘 18500t 化學品船，鋼板消耗量約 1200t，己出口比利時。實現(xiàn)了我國用雙相不銹鋼建造化學品船零的突破，該廠已形成規(guī)模生產(chǎn)能力 [2]。 (5) 造紙和制鹽輕工業(yè) 由于雙相不銹鋼在中性氯化物溶液中有較好的耐孔蝕和縫隙腐蝕的能力，利用這一特點，國內(nèi)開發(fā)了該鋼在真空制鹽和鹽硝聯(lián)產(chǎn)裝置上的應(yīng)用， 20 萬 ~30萬噸制鹽廠的大型鹽水和芒硝蒸發(fā)罐采用了雙相不銹鋼的襯里和復(fù)合板，解決了設(shè)備結(jié)鹽垢和腐蝕問題，最長的已有 10 年的使用歷史。雙相不銹鋼用于大型真空制鹽裝置，國內(nèi)已有成熟的經(jīng)驗 [2]。 在制紙漿和造紙業(yè)領(lǐng)域，國內(nèi)幾乎是空白， 硫酸鹽蒸煮法仍多采用低碳鋼制造的蒸煮鍋，而國外早已普及使用雙相不銹鋼的蒸煮、漂白等設(shè)備，目前國內(nèi)也有引進，但數(shù)量極少。 綜上所述，可以看出國內(nèi)雙相不銹鋼的使用是有一定局限性的，像國外大量使用雙相不銹鋼的諸如紙漿和造紙工業(yè)、油氣工業(yè)、運輸業(yè)、甚至建筑業(yè)幾個大的領(lǐng)域我們涉及得不多，有的還只是剛剛開始。根據(jù)國情，利用雙相不銹鋼的性能優(yōu)勢，今后除繼續(xù)擴大在化工和石化等領(lǐng)域的應(yīng)用外，結(jié)合紙漿和造紙工業(yè)的技術(shù)改造需要開發(fā)在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用，至于油氣管線目前很難推廣，雙相不銹鋼的價格是太高了但是制造有關(guān)油氣田需要的耐氯 離子和硫化氫的裝置像集氣管線和換熱設(shè)備等還是可以采用雙相不銹鋼，甚至超級雙相不銹鋼的。 海上運輸業(yè)的發(fā)展，化學品船制造業(yè)方興未艾，需要大量大張的鋼板，這一缺口有待填平補齊。至于在建筑業(yè)方面的應(yīng)用，至今還完全未涉及，其實濱海的城市雕塑景觀和開發(fā) 2304 鋼用于民用熱水器方面完全可代替 304 和 316 奧氏體不銹鋼。 3 2205 雙相不銹鋼 2205雙相不銹鋼是 20 世紀 70 年代首先由瑞典研制成功，材料牌號為SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 SAF2205，屬于第二代雙相不銹鋼。雙相不銹鋼 2205合金是由 22%鉻， %鉬及%鎳氮合金構(gòu)成的典 型的含 N、超低碳、雙相鐵素體一奧氏體復(fù)式不銹鋼。 其化學成分為： W(C)≤%， W (N)≤% ， W (P)≤% ， W (S)≤% ，W (Si)≤%， W (Ni) =%～ % ， W (Cr)=21%～ 23% ， W (Mo)=%～% ， W (N) = %～ %。它具有高強度、良好的沖擊韌性以及良好的整體和局部的抗應(yīng)力腐蝕能力。與 316L和 317L奧氏體不銹鋼相比， 2205合金在抗點腐蝕及隙腐蝕方面的性能更優(yōu)越 ,它具有很高的抗腐蝕能力，與奧氏 體不銹鋼相比 ,它的熱膨脹系數(shù)更低，導(dǎo)熱性更高以及更好的焊接性。 現(xiàn)在國內(nèi) 2205 不銹鋼產(chǎn)品種類有 2205 不銹鋼管、 2205 雙相不銹鋼無縫管；2205 雙相不銹鋼板材、 2205 不銹鋼棒材、鍛材、管件、帶材等。早期的雙相不銹鋼可以耐中等強度的均勻腐蝕和氯應(yīng)力腐蝕斷裂，但是在焊接情況下使用時，其性能會大大降低。為了改善這種情況，就在雙相不銹鋼 2205 中加入了氮，這樣不僅使耐腐蝕性能上升，而且得到良好的焊接性能。由于 2205 雙相鋼特殊的性能特色，其應(yīng)用范圍很廣，至今是大量使用的一個雙相不銹鋼牌號。 2205 雙相不銹鋼各項性能特點 (1) 均勻腐蝕性 由于鉻含量（ 22%），鉬（ 3%）及氮含量（ %）， 2205 的抗腐蝕特性在大多數(shù)環(huán)境下優(yōu)于 316L 和 317L。 (2) 局部抗腐蝕性 2205 雙相不銹鋼中鉻、鉬及氮的含量使其在氧化性及酸性的溶液中，對點腐蝕及隙腐蝕具有很強的抵抗能力。 (3) 抗應(yīng)力腐蝕性 不銹鋼的雙相微觀結(jié)構(gòu)有助于提高不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕龜裂能力。在一定的溫度、應(yīng) 張 力 、氧氣及氯化物存在的情況下 ,奧氏體不銹鋼會發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕。由于這些條件不易控制，因此 304L、 316L 和 317L 的使用在這方面受到限制。 (4) 抗腐蝕疲勞性 2205 雙相鋼的高強度及抗腐蝕能力使其具有很高的抗腐蝕疲勞強度。加工設(shè)備易受腐蝕環(huán)境和加載循環(huán)的影響， 2205 的特性非常適合這樣的應(yīng)用。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 (5) 耐壓性 雙相不銹鋼 2205合金與奧氏體不銹鋼相比，它的耐壓強度是其兩倍，與 316L和 317L 相比，設(shè)計者可以減輕其重量。 2205 合金特別適用于 50176。F/+600176。F 溫度范圍內(nèi)，在嚴格限制的情況下 (尤其對于焊接結(jié)構(gòu) )，也可以用于更低的溫度。 (6) 熱成形 在進行熱成形處理時，整個工件應(yīng)整體受熱，應(yīng)在 1750176。F 到 2250176。F 的溫度范圍內(nèi)進行， 2205 合金在此溫度下非常柔軟。如果溫度過高， 2205 合金易于熱撕裂。如果低于此溫度，奧氏體就會發(fā)生斷裂。低于 1700176。F 時，由于溫度和形變的影響，金屬間相會很快形成。熱成形進行完后，應(yīng)立即對其在最低為 1900176。F 的溫度下進行固熔退火，并進行淬火來還原其相位平衡、韌性及抗腐蝕能力。我們不建議進行應(yīng)力消除，但如果必須這樣做，材料應(yīng)在最低為 1900176。F 的溫度下進 行固熔退火，然后迅速冷卻，進行水淬火。 (7) 冷成形 2205 合金可以進行切割和冷成形。然而，由于 2205 合金自身的高強度及硬度，它比奧氏體鋼鐵更需要進行冷成形，也正因為它的高強度，要充分考慮到回彈的因素。 (8) 熱處理 2205 合金應(yīng)在最低為 1900176。F 的溫度下進行退火處理，然后迅速冷卻，進行水淬火。這項處理應(yīng)用于固熔退火及應(yīng)力解除。應(yīng)力解除處理如在低于 1900176。F 的溫度下進行，容易導(dǎo)致有害的金屬或非金屬相位的析出。 (9) 機械切削性 在高速的機床上， 2205 合金的進給率和切削速度和 316L 是一樣的。如果采用炭化刀，切割速度與 316L 相比降低了大約 20%，機器設(shè)備及其部件的性能在此起著關(guān)鍵性的作用。 (10) 焊接性能 2205 合金的焊接性很好， 2205 合金所要達到的性能為焊接金屬和熱變質(zhì)部分仍然保持和基底金屬同樣的抗腐蝕能力、強度及韌性。 2205 的焊接難度不大，但需設(shè)計其焊接程序以便焊接后，可以保持良好的相位平衡狀SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 態(tài)，避免有害的金屬相位或非金屬相位的析出。 2205 可在以下設(shè)備中進行焊接： GTAW (TIG)； GMAW (MIG)； SMAW (“stick” electrode)； SAW； FCW；and PAW。 (11) 性能比較 雙相不銹鋼 2205 合金與 316L 和 317L 奧氏體不銹鋼相比， 2205 合金在抗斑蝕及裂隙腐蝕方面的性能更優(yōu)越，它具有很高的抗腐蝕能力，與奧氏體相比，它的熱膨脹系數(shù)更低，導(dǎo)熱性更高。 雙相不銹鋼 2205 合金與奧氏體不銹鋼相比，它的耐壓強度是其兩倍，與 316L 和 317L 相比，設(shè)計者可以減輕其重量。 2205 合金特別適用于50176。F/+600176。F 溫度范圍內(nèi)，在嚴格限制的情況下 (尤其對于焊接結(jié)構(gòu) )，也可以用于更低的溫度。 2205 雙相不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域 由于 2205雙相不銹鋼具有很強的耐腐蝕性 (包括應(yīng)力腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及晶間腐蝕等 )，以及較高的強度和韌性。使其在以下領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。 (1) 壓力器皿、高壓儲藏罐、高壓管道、熱交換器 (化學加工工業(yè) )。 (2) 石油天然氣管道、熱交換器管件。 (3) 污水處理系統(tǒng)。 (4) 紙漿和造紙工業(yè)分類器、漂白設(shè)備、貯存處理系統(tǒng)。 (5) 高強度耐腐蝕環(huán)境下的回轉(zhuǎn)軸、壓榨輥、葉片、葉輪等。 (6) 輪船或卡車的貨物箱。 (7) 食品加工設(shè)備。 4 2205 雙相不銹鋼的焊接性能與工藝研究 2205 雙相不銹鋼焊接機理 焊接是一個冶金過程， 2205 雙相不銹鋼的焊接質(zhì)量 ,決定于其焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體和奧氏體含量的平衡和兩相組織的均勻性。在焊接過程中，金屬從熔融到冷卻，從凝固點到 1 200℃ 為鐵素體組織； 1200℃ ～ 800℃ 奧氏體從鐵素體中析出； 800～ 475℃ 將可能有中間相 (σ 相、碳化物、氮化物 )析出。因此，焊接線能量的輸入大小直接影響著焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體的含量。線能量太小，不利SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 于奧氏體析出；線能量太大，則會引起合金元素 Cr、 Ni、 Mo 的燒損，導(dǎo)致材料的耐腐蝕性能下降、機械性能劣化，不能得到良好的 金相組織 ,更容易析出中間相。 焊接熱循環(huán)的最高溫度和快速冷卻可促使雙相不銹鋼組織鐵素體化，由于 δ鐵素體含量的增加導(dǎo)致了沖擊韌性和耐蝕性降低。因此，選擇合適的焊接工藝參數(shù)十分重要。 與奧氏體不銹鋼的焊接相比， 2205雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感，特別是對濕氣和水分。任何類型的油污、油脂和水分等污染物都會影響材料的抗腐蝕性及力學性能，因此在焊接前要對材料嚴格清理。雙相不銹鋼的焊接接頭形式應(yīng)預(yù)先經(jīng)過充分地準備，如采用熱加工方法切割坡口 ,應(yīng)將坡口表面打磨至露出金屬光澤，并對坡口表面進行滲透檢測 ,焊接坡口最好采用機械 加工。通常情況下，雙相不銹鋼的焊接不采用預(yù)熱 ,因為預(yù)熱會降低焊接熱影響區(qū)的冷卻速度。當然，預(yù)熱對于降低鋼材表面的濕氣是有益的，當采用預(yù)熱的方法降低濕氣時，首先必須清理焊接表面 ,然后均勻地加熱到 95℃ 。如果焊縫的冷卻速度太快 ,使得焊接熱影響區(qū)的鐵素體含量增加太大時，采用預(yù)熱是有意義的。例如，將薄板焊接到厚板上和容器上焊接襯墊等情況下冷卻速度是很快的，可以考慮預(yù)熱。 與奧氏體鋼相比，雙相不銹鋼具有導(dǎo)熱性好和熱膨脹系數(shù)低的特點，因此不會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，具有更高的抵抗熱裂紋的能力，故雙相不銹