指定为 UNS S32205 或 DIN W.Nr. 1.4462，F60是 双相不锈钢 以其两相结构而闻名，包括铁素体相和奥氏体相。 该合金的铬含量为22%，钼含量为3%，镍含量为5%至6%，表现出优越的性能。 与标准奥氏体不锈钢牌号相比，它具有明显更高的屈服强度。 此外，它还具有出色的抗点蚀和缝隙腐蚀能力，适合在各种腐蚀性环境中使用。 值得注意的是，它具有值得称赞的可焊性，进一步增强了其整体实用性。

指定为 UNS S31803 或 DIN W.Nr. 1.4462，F51 是另一种常见的双相不锈钢，与 UNS S32205 非常相似，尽管对铬、钼和氮含量的要求可能略低。 通常，在实际使用中，UNS S31803 和 S32205 通常被称为“双相不锈钢 2205”。

双相不锈钢是指组织中同时存在奥氏体相和铁素体相的不锈钢，它综合了铁素体钢和奥氏体钢两者的性能特点。 奥氏体相的存在降低了高温铁素体钢的脆性，防止晶粒长大倾向，提高了铁素体钢的韧性和焊接性； 铁素体相的存在提高了奥氏体钢的屈服强度，同时显着提高了其抗应力腐蚀开裂和晶间腐蚀的能力。

UNS S31803 和 S32205 的相似之处多于差异。 首先，它们都是元素成分非常相似的不锈钢合金。 它们属于双相 2205 系列，由几乎相等比例的奥氏体和铁素体组成。 此外，两者都非常坚固耐用，适合要求材料能够承受恶劣条件的苛刻工业流程。 两者之间的主要区别因素在于氮含量。 UNS S32205 含有更高的氮含量，为已经坚固的表面提供了额外的保护层。 氮的存在增强了合金的强度，增强了其对腐蚀性化合物的抵抗力，从而损害了其结构完整性。 这种更高的耐腐蚀性使 UNS S32205 比同类产品具有轻微但值得注意的优势。 由于引入氮气而增强的自我保护性能是一个额外的好处。 以前作为一种可靠的双相钢，氮的加入进一步增强了其抗磨损和保持各种应用完整性的能力，巩固了其作为可靠和弹性材料的地位。

为了衡量钢材的抗点蚀能力，最广泛使用的称为抗点蚀能力的等效值如下：

PREN = % Cr + 3.3 % Mo + 16 % N ≥ 35

2205级不锈钢具有优异的耐腐蚀性，远高于316级。它能抵抗晶间腐蚀、缝隙腐蚀和点蚀等局部腐蚀类型。 此类不锈钢的 CPT 约为 35°C。 该牌号可在 150°C 温度下抵抗氯化物应力腐蚀开裂 (SCC)。 2205 级不锈钢是奥氏体不锈钢的合适替代品，特别是在过早失效环境和海洋环境中。

与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢对晶间腐蚀的敏感性较低。 双相不锈钢敏化时，碳化物优先在δ/γ相界析出，δ在相的一侧析出，相界碳化物δ/γ析出困难，且数量很少。由于奥氏体晶粒和铁素体晶粒相互包围，相一侧的碳化物可以从高铬铁素体内部通过扩散得到快速补充，即使δ/γ相界碳化物析出造成铬贫区，不能形成连续的网络，从而避免了晶间腐蚀的加深。 双相不锈钢具有较高的耐应力腐蚀性能，并随铁素体含量的增加而提高。 应力断裂敏感性在铁素体相含量约为 50% 时最小，因为裂纹起源于奥氏体基体，一旦扩展至铁素体相：

2205 牌号的高抗氧化性能因其在 300°C 以上的脆化而受到损害。 这种脆化可以通过全固溶退火处理来改变。 该牌号在低于 300°C 的温度下表现良好。

该牌号最适合的热处理是固溶处理（退火），温度在 1020 – 1100°C 之间，然后快速冷却。 2205 牌号可以加工硬化，但不能通过热方法硬化。

推荐的热成型和退火/均热温度

最标准 焊接方法 适合该等级，但不使用填充金属的焊接除外，这会导致铁素体过多。 AS 1554.6 对 2205 和 2209 焊条或焊条的焊接进行了资格预审，以便熔敷金属具有正确的平衡双相结构。 向保护气体中添加氮气可确保向结构中添加足够的奥氏体。 热量输入必须保持在较低水平，并且必须避免使用预加热或后加热。 该牌号的热膨胀系数较低； 因此，变形和应力小于奥氏体材质。

双相不锈钢的最大特点是焊接热循环对焊接接头的显微组织有显着影响。 焊缝和焊缝热影响区均发生显着的相变，从而影响材料的塑性、韧性和耐蚀性。 这一问题一度无法得到有效解决，严重阻碍了这一优良材料在工业领域的推广应用。 双相不锈钢焊接的主要问题是如何保证热影响区耐蚀性和韧性的降低最小，以及焊后不开裂。 双相不锈钢焊接热影响区所承受的焊接热循环包括从室温到焊缝区的熔点温度，冷却速度与热输入、工件组织等密切相关，如果冷却速度过快，在焊接热影响区会形成过多的铁素体，引起工件脆化。 同时，过多的铁素体容易析出氮化物，降低韧性和耐腐蚀性。 冷却速度慢和线能量过高会导致焊接热影响区粗晶粒和金属间相的析出。 如果铁素体含量过低，也会引起应力腐蚀断裂。 因此，必须采用合适的线能量，进行多层焊接，以改善焊接热影响区的组织和性能。 另外，当焊缝金属从高温冷却时，铁素体向奥氏体的转变极不平衡。 影响转变的因素主要与焊缝金属的成分和冷却速度有关。 为了保持焊缝金属的化学成分和比较，一般要求其合金元素含量应高于母材金属。 低碳高铬、镍、钼、氮 焊接材料 应该使用。 为了保证接头的性能，2205钢的焊接热输入应控制在0.5kJ/mm-2.5kJ/mm范围内。 若采用电弧焊，最佳值为1.0kJ/mm-1.5kJ/mm。

由于强度高，该材质的切削加工性较低。 切削速度比 20 材质低近 304%。

该等级的制造也受到其强度的影响。 该等级的弯曲成型需要更大容量的设备。 2205牌号的延展性低于奥氏体牌号； 因此，该等级不可能进行冷镦。 为了对该牌号进行冷镦操作，应进行中间退火。

下面列出了 2205 双相钢的一些典型应用：

双相不锈钢2205可以以下形式供应：

近年来，在石油化工行业，为解决氯化物腐蚀问题，对双相不锈钢的应用进行了大量的研究和探索。 随着这些研究的深入， 2205双相不锈钢焊接热交换器管 在含有氯离子的工作环境中使用较多。 但目前国内仅有少数厂家能够生产SAF2205双相不锈钢焊接换热管，且价格昂贵。 为此，公司通过对原有部分钢管加工设备的改造和在线熔合热处理工艺的改变，开发出了市场紧缺的SAF2205双相不锈钢焊接换热管。

SAF2205双相不锈钢为瑞典Avesta公司生产的一种铁素体+奥氏体双相结构不锈钢，兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。 其化学成分和力学性能见表1和表2。由表1可知，该钢的铬、钼质量分数较高。 因此，具有优良的抗点蚀和均匀腐蚀能力。 铁素体和奥氏体双相组织不仅保证了该钢具有高的抗应力腐蚀断裂能力，而且具有良好的力学性能（表2）。 据有关文献报道，当钢中铁素体和奥氏体双相组织的比例同时不同时，其耐应力腐蚀性能也不同。 SAF2205双相不锈钢的耐应力腐蚀性能与该钢中铁素体和奥氏体组织比例的关系如图1所示。从图1可以看出，铁素体质量分数为40%、奥氏体质量分数为60%时其抗应力腐蚀效果最好。 据有关资料显示，中钢于1997年为国内某石化装置Ⅰ套常压降压塔顶部循环水——减少了顶部油气冷凝器，至今运行状况良好。 SAF2205双相不锈钢焊接性能优良，焊前无需预热； 它不像铁素体不锈钢的焊缝热影响区会严重粗化晶粒而造成塑性韧性大幅下降，也不像奥氏体不锈钢那样对焊缝热裂纹比较敏感。 但为了防止近焊缝区晶粒粗化，焊接时应尽量采用低线能量焊接。 表1 SAF2205双相不锈钢化学成分

表2 SAF2205双相不锈钢的力学性能

图1 MgCl中的SAF2205双相不锈钢2 (42%)应力腐蚀行为解(σ=240MPa)

SAF2205双相不锈钢焊管制造工艺：材料卷取→端部剪焊→梯度成型→TIG自动焊接→内外焊缝处理→减径定径→光亮固熔热处理→张力矫直→涡流探伤→打标打码→定径切断→端口打磨→试压→成品检验→包装。 在弯曲成型和在线TIG焊接过程中，通常钢板的内外表面会产生10%-12%的应变。 由于是在强约束下焊接成成品管，管内存在较大的内应力； 冷塑性变形使金属的某些物理和化学性能会产生显着的变化，如硬度和耐腐蚀性增加。 焊接过程中，在母材附近形成焊缝的同时，不可避免地会经历焊接热循环的特殊影响。 因此，焊缝热影响区形成的组织和性能不同于母材，因此该区域的组织、力学性能和耐蚀性能发生变化。 正是这些原因的存在，在焊接结束后其必须通过热处理恢复到性能。 双相不锈钢与纯铁素体或纯奥氏体不锈钢不同； 在热处理过程中，存在相变，会对性能产生重要影响。 相变主要有两相比例的变化和新相的生成，如碳化物和金属间相的生成。 当加热到一定温度时，会发生γ→α转变，铁素体相增多，奥氏体相相应减少。 当温度升至1250-1300℃时，有些低镍双相不锈钢甚至会变成纯铁素体组织，然后冷却至室温即可得到纯铁素体组织。 当加热温度低于1000℃时碳化物在铁素体-奥氏体相界析出。 热处理工艺要经过一系列低、中、高温升过程； SAF2205双相不锈钢在350-500℃加热可能产生475℃脆性，475℃脆性双相不锈钢会促进应力腐蚀。 在600-700℃加热，特别是800℃加热，会产生脆性σ相； 这些相的产生也会导致耐应力腐蚀能力的降低。 随着固溶温度的升高，γ相的数量减少。 相反，随着α相量的增加，晶粒长大粗大的单相铁素体组织的耐应力腐蚀性能将大大降低。 从以上分析可以看出，在SAF2205双相不锈钢焊管成型、焊接和热处理过程中，对材料的显微组织、力学性能、工艺性能以及铁素体和奥氏体双相比的变化都会产生一系列不利的影响。影响。 理论和实践试验表明，SAF2205双相不锈钢焊管恢复性能的热处理方法只能选择固溶热处理。 热处理曲线如图2所示。为了避免双相不锈钢在热处理过程中脆性增加，加热过程和冷却过程都在较短的时间内完成。 根据现有感应加热，12-15s后即可 焊接管 从室温加热到所需的热处理温度（1070±5）℃，然后保温120-150s，然后快速冷却； 冷却时间越短越好，希望将温度降低到90s以下的脆性敏化温度，甚至低至60℃，而60℃对焊管来说对管子的性能没有影响，可在空气中自然冷却。 可在空气中自然冷却。

图2 SAF2205双相不锈钢焊接换热管热处理曲线 固溶处理可以使SAF2205双相不锈钢焊接换热器管组织均匀，硬度降低，消除焊接应力，使焊缝区组织与母材相似，得到良好、稳定的冶金组织。 根据经验，焊管表面和内壁的污垢和水分对热处理效果有很大影响。 一旦炉膛内的焊管表面附着水分、油脂等污垢，就会使焊管氧化变黑。 特别是在焊接过程中，不慎管内有水，热处理过程中水与焊管接触，这H2O中的氧成分使焊管表面氧化导致表面颜色变化，从而影响光亮固溶热处理效果。 因此，热处理系统通入的保护气体必须更换为N2 在热处理系统前排除空气，防止焊管入炉前沾上脏水。

热处理是生产合格的SAF2205双相不锈钢焊接换热器管的关键工序。 因此，必须有相匹配的制造工艺和设备。 为了降低成本、缩短研制周期，将对原有不锈钢焊管生产线进行改造，以满足SAF2205双相不锈钢焊管换热器管的生产需要。 不锈钢焊管生产线引进之初，国内普遍采用离线加工方式对不锈钢焊管进行热处理。 随着热处理技术的发展，逐步采用了比较先进的在线光亮固溶热处理工艺技术。 加热、保温、冷却设备热处理系统由箱式电阻可控硅加热保温炉和非接触式保护气体传热水冷冷却器组成。 但这种热处理系统不仅体积巨大（加热、保温、冷却段总长度达13m），而且存在较大的电能消耗； 需要提高产品质量来控制其他问题。 普通材质的焊接不锈钢管生产中，加热时间较长； 冷却速度慢，达不到固溶热处理冷态的最佳状态； 该产品符合标准要求，但其内部金相组织晶粒粗大，金相结果接近标准边缘。 用于生产SAF2205双相不锈钢，晶粒细化且双相比难以控制，效果较好。 针对这些问题，国内一些厂家首次采用在线箱式电阻SCR加热-水淬快速冷却-离线酸洗处理。 但这种方法不能成型； 生产成本增加。 国外先进的专业不锈钢焊管生产厂家在线光亮固溶热处理系统中加热炉已采用感应加热设备，冷却器采用气体保护固体接触热水冷却。 尽管如此，设备的价格仍然昂贵。

根据原热处理系统改造目标分析，在线热处理系统改造主要由中频感应加热设备、高镍加热元件保温炉和强制保护气体循环应急冷却冷却器组成。 改造后的在线热处理系统长4.7m，宽1.2m（最宽处），高2.0m（最高处）。

3.2.1 加热设备 采用中频感应加热设备代替原来的箱式电阻可控硅加热设备。 中频感应加热设备由加热控制主机、紧凑型加热体和非接触式SCIT分离智能红外光学高温测温系统组成。 本设备结构紧凑，长度由可控硅加热的6.5m缩短为0.65m，具有体积小、重量轻、省电、冷却水少、升温快、氧化层少、操作方便、集中加热等优点，可以立即启动和停止等。 由于加热炉感应场的存在和加热箱的减少，传统的接触式热电偶测温系统无法用于新型热处理系统，该系统采用非接触式SCIT分离智能红外光学高温测量系统。 -温度测温系统，该测温系统具有目标聚焦正确，防烟和水蒸气，非常适合新型热处理系统（通过石英窥器）测温，以及高低端报警，以便操作人员及时调整异常工况。 3.2.2 均热炉 我们采用自主研发的高镍电热元件保温炉代替原来的箱式电阻SCR加热保温设备。 新型保温炉由炉室（材料800H）、高镍发热体、传热层、隔热层、外壳及控制箱配TCW-32B系列智能温控仪。 TCW-32B系列智能温度控制器集数字显示、测量、触发于一体，可直接驱动控制元件。 参数设置和精密校准采用微型键盘操作，具有断电记忆功能，设置参数和控制参数采用密码锁定，防止误操作，无需临时操作即可在线设置或修改参数。 三个触发电路可用于调节三相不平衡电流。 最大的优点是可以根据热处理工艺的加热、保温曲线要求，进行编程，准确、精确地加热、保温。 3.2.3冷却器 冷却器采用气冷； 热处理炉内的气体既有冷却焊管的作用，又有光亮的防氧化保护作用。 采用强制保护气体循环紧急冷却冷却器代替原来的非接触式保护气体传热水冷冷却器。 新型强制冷却器是在保护气体散热后对不锈钢焊管从保温炉强制循环进行快速冷却。 它由保护气体进出口分布气道、小型翅片散热器、BT35-11防爆轴流风机及外壳组成。

为了保证改进后的设备和工艺在生产中性能稳定可靠，产品质量符合要求，制定了相应的检验检测程序，符合ASME SA-789/SA-789M《通用无缝和焊接铁素体/奥氏体 不锈钢管”的要求进行试生产和理化性能的测试，以验证产品性能的改善效果。 所有制造工序完成并合格后经外形检验、涡流探伤和水压试验对∅25mm×2.5mm SAF2205不锈钢焊接换热器管样品进行化学成分分析、金相分析、硬度检测、拉伸试验、反向弯曲试验、扩口试验、压扁试验和晶间腐蚀试验。 化学成分分析结果见表3，∅25mm×2.5mm SAF2205双相不锈钢焊接换热管按GB/T 232-1999《金属材料弯曲试验方法》进行反向弯曲试验（弯曲角度360°） ）、按GB242-1997《金属管扩口试验方法》进行扩口试验（弯曲角度360°），按GB 242-1997《金属管扩口试验方法》进行扩口试验（扩口试验）。 按GB 20-246《金属管材压扁试验方法》进行压扁试验（焊缝相对于应用方向成2007°）均不得有裂纹和焊缝裂纹。 力学性能试验结果见表90，晶间腐蚀试验结果见表4，焊缝及母材的冶金组织见图5。综上及表5-表3、图5可知，∅3mm×25mm SAF2.5不锈钢焊接换热器管其组织均匀性、机械性能、工艺性能符合ASME SA-2205/SA-789M《通用无缝和焊接通用无缝和焊接铁素体/奥氏体不锈钢管”的要求。 表3 Φ25mm×2.5mm SAF2205双相不锈钢焊接换热管化学成分%

SAF2205双相不锈钢焊接换热管是通过在线涡流检测和压力测试制造的。 经过多次试制和理化性能测试，产品符合ASME SA-789/SA-789M的相关规定。 在此基础上，公司制定的《换热器用铁素体-奥氏体不锈钢焊接钢管》（Q/ZHJA02-2009）企业标准也已通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的技术审查。 表4 SAF2205双相不锈钢Φ25mm×2.5mm焊接换热管的力学性能

表5 SAF2205双相不锈钢Φ25mm×2.5mm焊接换热管晶间腐蚀试验

图3 焊缝及母材金相组织

通过设备改造和开发合理的在线光亮固溶热处理系统，很好地解决了SAF2205双相不锈钢焊接换热器管在制造过程中的组织、力学性能和工艺性能的变化。 改造后的设备和改进的生产工艺的应用，可以有效地控制加工程序、温度变化所带来的组织和双相变化的比例，从而获得双相相比较各约50%的奥氏体和铁素体组织。 为了确保产品的可追溯性，所有SAF2205不锈钢焊接换热管产品均喷涂清晰规范的在线标记，并计算机化存储其测试数据，以供追溯检查。 我公司改进开发的SAF2205双相不锈钢焊接换热管已于2009年10月成功应用于某石化公司Ⅱ套常压减压塔顶部冷凝器换热器管束，到目前为止，冷凝器一直运行良好。 作者：何永红