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双相不锈钢的化学成分

一般认为不锈钢成份，当双相不锈钢的相平衡比为30%～70%时，铁素体可以获得比奥氏体更好的性能。然而，双相不锈钢通常被认为含有大约 50% 的铁素体和 50% 的奥氏体，并且在当前的商业生产中，为了获得最佳韧性和加工特性，优选使用稍大比例的奥氏体。主要合金元素，特别是铬、钼、氮和镍之间的相互作用非常复杂。为了获得有利于加工和制造的稳定的双相结构不锈钢成份，必须注意使每种元素的含量合适。

除了相平衡之外，关于双相不锈钢及其化学成分的第二个主要问题是高温下有害金属间化合物相的形成。σ相和χ相在高铬、高钼不锈钢中形成，优先析出在铁素体相中，氮的加入大大延缓了这些相的形成。因此，在固溶体中保持足够量的氮是很重要的。随着双相不锈钢制造经验的增加，控制窄成分范围的重要性变得越来越明显。2205 双相钢 (UNS) 最初设定为多种成分。经验表明，为了获得最佳的耐腐蚀性能并避免形成金属间相，铬、钼、氮含量应保持在该范围的中上端。，这导致改进的 2205 双相钢 UNS 具有窄的成分范围。该成分是当今商业 2205 双相不锈钢的典型成分。在本文档中，除非另有说明，一般指 2205。

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合金元素在双相不锈钢中的作用

下面简要介绍几种最重要的合金元素对双相不锈钢的力学性能、物理性能和腐蚀性能的影响。

铬

钢中的铬含量不得低于10.5%，以形成稳定的含铬钝化膜，保护钢免受大气腐蚀。不锈钢的耐腐蚀性能随着铬含量的增加而增加。铬是形成铁素体的元素，在钢中加入铬可以促进体心立方铁素体的形成。当钢中铬含量较高时，需要加入较多的镍以形成奥氏体或双相（铁素体-奥氏体）结构，较高的铬含量也能促进金属间相的形成。奥氏体不锈钢的铬含量至少为 16%，双相不锈钢的铬含量至少为 20%。铬还可以提高钢在高温下的抗氧化性。铬的这一作用很重要，会影响热处理或焊接后氧化皮或回火颜色的形成和去除。双相不锈钢的酸洗和去回火比奥氏体不锈钢更难。

钼

钼和铬的协同作用可以提高不锈钢的耐点蚀性。当不锈钢中的铬含量至少为 18% 时，钼在含氯环境中的耐点蚀和缝隙腐蚀能力是铬的三倍。钼是一种铁素体形成剂，也增加了不锈钢形成金属间相的趋势。因此，奥氏体不锈钢的钼含量一般小于7.5%左右，双相不锈钢的钼含量小于4%。

氮

氮提高了奥氏体和双相不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀能力，同时也显着提高了钢的强度。事实上它是最有效的固溶强化元素和低成本合金元素。含氮双相不锈钢韧性的提高得益于其较高的奥氏体含量和减少的金属间相含量。氮气不会阻止金属间相的析出，但会延缓金属间相的形成，为双相不锈钢的加工和制造留出足够的时间。氮被添加到具有高铬和钼含量的高耐腐蚀性奥氏体和双相不锈钢中，以抵消它们形成σ相的趋势。

氮是一种强奥氏体形成元素，可以代替奥氏体不锈钢中的部分镍。氮降低了层错能并提高了奥氏体的加工硬化率。

它还通过固溶强化提高了奥氏体的强度。双相不锈钢通常添加氮并调整镍含量以获得适当的相平衡。只有当铁素体形成元素铬和钼与奥氏体形成元素镍和氮平衡时，才会获得双相结构。

镍

镍是一种稳定奥氏体的元素，镍促进不锈钢的晶体结构从体心立方结构（铁素体）转变为面心立方结构（奥氏体）。铁素体不锈钢含有很少或不含镍，双相不锈钢含有低至中度镍，如 1.5% 至 7%，300 系列奥氏体不锈钢含有至少 6% 的镍（见图 1 和图 2）。）。镍的添加延缓了奥氏体不锈钢中有害金属间相的形成，但镍在双相不锈钢中的延缓作用远不如氮有效。面心立方结构使奥氏体不锈钢具有优良的韧性。近一半的双相不锈钢是奥氏体，