以不锈性、耐蚀性为主要特性,且铬的质量分数至少为10.5%, 碳的质量分数最大不超过1.2%,基体兼有奥氏体和铁素体两相组织(其中较少相的含量一般大于15%),有磁性,可通过冷加工使其强化的不锈钢，称为奥氏体-铁素体(双相)型不锈钢。由于奥氏体相的存在,降低了高铬铁素体的脆性,防止了晶粒长大的倾向,提高了钢的韧性；由于铁素体的存在，双相不锈钢对晶间腐蚀敏感小,具有优良的耐晶间腐蚀性能,而且其耐应力腐蚀开裂性能,随铁素体含量的增加而提高,但过高的铁素体含量,会显示出高铬铁素体不锈钢的一些缺点。双相不锈钢的性能,同铁素体和奥氏体相的平衡比例有很大的关系,而两相的比例在很大程度上取决于钢的化学成分和热处理温度等因素。
借助于铬-镍当量图可以大致确定某种钢的组织以及双相不锈钢管中两相的比例,见图7-1。
钢铁素体形成元素折合成铬的作用,奥氏体形成元素折合成镍的作用。该图适用于 Cr-Ni 系,
其中: 铬当量=w(Cr)+w(Mo)+1.5w(Si)+0.5w(Nb)
镍当量=w(Ni)+30w(C)+0.5w(Mn)+30w(N)
从以上两式中可以看出,碳和氮形成的影响较镍强,为镍的30倍;硅形成a的影响较铬强,为铬的1.5倍。从图7-1可以查出钢中两相的比例。设钢具有如下成分:w(C)=0.1%,w(Mn)=2.0%,w(Si)=0.75%,w(Cr)=19.5%,w(Ni) =9.6%,w(Nb)=0.8%w(Mo)=1.5%。
此种情况下, 镍的当量为:w(Ni)+30w(C)+0.5w(Mn)+0.5w(Nb)=9.6%+30×0.1%+0.5×2% +0.5×0.8% = 14%
铬的当量为:w(Cr) +w(Mo)+1.5w(Si)+0.5w(Nb)=19.5%+1.5%+1.5×0.75% +0.5×0.8% = 22.525%
此种钢的成分用小圆圈标明在图7-1中,它是组织为带有少量铁素体的奥氏体不锈钢。
当w(Cr)=28%,镍当量为12%时,钢中的组织即为含铁素体80%、含奥氏体20%的双相组织。
双相不锈钢管具有优良的焊接性能,焊前不需预热,焊后一般也不需要热处理,均不会出现焊接裂缝。若铁素体比例很大,也有可能出现475℃脆化现象;高铬铁素体-奥氏体不锈钢中将产生显著的相脆化现象。在焊接时最好采用双相不锈钢焊条,从而能够避免冷却时形成裂纹。在使用条件较为苛刻的腐蚀介质环境中,焊后最好再进行一次固溶处理。
奥氏体-铁素体双相不锈钢的铸造性能良好。实践证明,正确地控制钢液中的氢含量是获得致密铸件的关键之一。
奥氏体-铁素体双相不锈钢管的热塑性比奥氏体不锈钢管差，因此双相不锈钢的锻造性能差。这是因为奥氏体与铁素体的形变不同,受外力作用时,8铁素体与奥氏体变形程度不均匀,产生了附加应力,并降低了晶粒间的结合力。此外,铁素体在大约950℃以下保温,有析出相等脆化相的危险,从而降低了钢的塑性,导致变形困难。因此,在锻造奥氏体-铁素体双相不锈钢的锻件时,必须严格控制锻造工艺,并且在开始1~2次锻造时,变形量不宜太大,只需轻轻锻打。
双相不锈钢的锻造工艺规范是,始锻温度为1100~1150℃,终锻温度≥950°C。
双相不锈钢的切削性能与奥氏体不锈钢相当。
双相不锈钢管的耐蚀性能，主要取决于钝化元素的含量及其在两相中的分配。一般来说,双相不锈钢管耐蚀性，大体上同铬含量相当的高铬铁素体型或铬镍奥氏体不锈钢 接近,并受相比例的左右。有些钢种(如022Cr26Ni6Mo2N 钢、022Cr22Ni5Mo3N、06Cr17Mn13Mo2N、ZG07Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N等)在浓硝酸、稀盐酸、中等浓度的硫酸、磷酸、醋酸和尿素工艺介质中,双相不锈钢比普通的奥氏体不锈钢具有更优越的耐蚀性。
双相不锈钢管具有优良的耐晶间腐蚀性能,其性能优于奥氏体不锈钢。这与双相钢中存在均匀分布的铁素体有关。双相不锈钢产生晶间腐蚀的程度与两相的比例也有关。当铁素体量不大时,相以孤岛状被奥氏体晶粒所包围,即使被腐蚀也因相互未能连续成网络而不致于造成更大的危险。随着弥散铁素体量的增加、晶界总面积的提高(相对降低了晶间碳化物析出浓度)和铁素体相界及其内侧能够吸收更多的碳化物,当达到一定的极限x相含量以上时,可以消除晶间腐蚀倾向。但是当铁素体含量过多,呈连续网络状分布,则其抗晶间腐蚀能力变差。因此,控制适宜的两相比例、防止相聚集长大和采取正确的热处理工艺是十分重要的。与奥氏体不锈钢相比,奥氏体-铁素体不锈钢具有更高的耐应力腐蚀开裂性能。双相不锈钢耐应力腐蚀开裂性能,会随着铁素体含量的增加而提高,在约含50%铁素体相对断裂敏感性最小。过多的铁素体含量,会显示高铬铁素体不锈钢所具有的缺点。
双相不锈钢管耐氯化物应力腐蚀开裂性能,在高应力下与奥氏体不锈钢相同,短时间内即产生裂纹,在低应力下寿命较长,显示出一定的优越性。
双相不锈钢管的强度,特别是屈服强度显著提高,与18-8型奥氏体不锈钢相比是其两倍。采用双相不锈钢制造的容器的壁厚比奥氏体不锈钢减少30%~50%,降低了生产成本。
双相不锈钢管优越的力学性能和耐腐蚀的综合性能,为其在石化设备、造船等行业开拓了广阔的应用前景。
