雙相不鏽鋼正變得越來越常見。所有主要的不鏽鋼廠都提供這種鋼材，原因有幾個：
- 更高的強度，帶來了重量的節省
- 更大的耐腐蝕性，特別是對應力腐蝕開裂
- 更好的價格穩定性
- 更低的價格
每2-3年會舉辦一次關於雙相不鏽鋼的會議，數十篇高度技術性的論文將在會上被呈現。周圍有很多關於這些等級的市場活動。新等級也經常被宣布。
然而，即使有這麼多的興趣，對於全球雙相不鏽鋼市場份額的最佳估計也只有1%到3%。本文的目的是提供對這種鋼材類型的簡明指南。將描述其優點和缺點。
雙相不鏽鋼的概念可以追溯到20世紀20年代，第一次鑄造是在1930年瑞典的阿韋斯塔進行的。然而，直到過去的30年中，雙相鋼才開始以顯著的方式“起飛”。這主要歸功於鋼鐵製造技術的進步，特別是對氮含量的控制。
標準的奧氏體不鏽鋼如304（1.4301），和鐵素體不鏽鋼如430（1.4016），相對容易製造和加工。顧名思義，它們主要由一相，奧氏體或鐵素體組成。雖然這些類型適用於廣泛的應用，但兩種類型都存在一些重要的技術缺陷：
- 奧氏體不鏽鋼 – 強度低（在溶解退火狀態下為200 MPa的0.2%屈服強度），對應力腐蝕開裂的抵抗力低。
- 鐵素體不鏽鋼 – 強度低（略高於奧氏體，為250 MPa的0.2%屈服強度），在厚度較大的部分焊接性差，低溫韌性差。
- 此外，奧氏體類型的高鎳含量導致價格波動，這對許多終端用户來説是不受歡迎的。
雙相的基本理念是產生一種化學組成，導致近似等量的鐵素體和奧氏體混合。相的平衡提供了以下優點：
-
更高的強度 – 目前雙相鋼等級的0.2%屈服強度範圍為400至550 MPa。這可以導致減小截面厚度，從而減小重量。這個優點在以下應用中尤其重要：
壓力容器和儲罐
結構應用，例如橋樑
- 厚壁部件的良好焊接性 – 不像奧氏體不鏽鋼那樣直接，但比鐵素體不鏽鋼要好得多。
- 良好的韌性 – 比鐵素體不鏽鋼要好得多，尤其是在低溫下，通常可達零下50攝氏度，延伸至零下80攝氏度。
-
抗應力腐蝕開裂 – 標準奧氏體不鏽鋼特別容易發生這種腐蝕。這種優勢重要的應用包括：
熱水箱
釀酒罐
工藝廠設備
游泳池結構
要了解双相钢的工作原理，首先比较两种常见钢奥氏体 304 (1.4301) 和铁素体 430 (1.4016) 的成分。
| Structure | Grade | EN Number | C | Si | Mn | P | S | N | Cr | Ni | Mo |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ferritic | 430 | 1.4016 | 0.08 | 1.00 | 1.00 | 0.040 | 0.015 | – | 16.0/18.0 | – | – |
| Austenitic | 304 | 1.4301 | 0.07 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.015 | 0.11 | 17.5/19.5 | 8.0/10.5 | – |
不鏽鋼中的重要元素可分為鐵素體和奧氏體。每個元素都傾向於一種結構或另一種結構，如下所示：
鐵素體 – Cr（鉻）、Si（硅）、Mo（鉬）、W（鎢）、Ti（鈦）、Nb（鈮）
奧氏體素 – C（碳）、Ni（鎳）、Mn（錳）、N（氮）、Cu（銅）
430 級以鐵素體為主，結構也為鐵素體。 304 牌號主要通過使用約 8% 的鎳而變成奧氏體。為了獲得每相約 50% 的雙相結構，奧氏體素體和鐵素體素體之間必須達到平衡。這解釋了為什麼雙相鋼的鎳含量通常低於奧氏體鋼。
以下是雙相不鏽鋼的一些典型成分：| Grade | EN No/UNS | Type | Approx. Composition |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cr | Ni | Mo | N | Mn | W | Cu | |||
| 2101 LDX | 1.4162/S32101 | Lean | 21.5 | 1.5 | 0.3 | 0.22 | 5 | – | – |
| DX2202 | 1.4062/S32202 | Lean | 23 | 2.5 | 0.3 | 0.2 | 1.5 | – | – |
| RDN 903 | 1.4482/S32001 | Lean | 20 | 1.8 | 0.2 | 0.11 | 4.2 | – | – |
| 2304 | 1.4362/S32304 | Lean | 23 | 4.8 | 0.3 | 0.10 | – | – | – |
| 2205 | 1.4462/S31803/S32205 | Standard | 22 | 5.7 | 3.1 | 0.17 | – | – | – |
| 2507 | 1.4410/S32750 | Super | 25 | 7 | 4 | 0.27 | – | – | – |
| Zeron 100 | 1.4501/S32760 | Super | 25 | 7 | 3.2 | 0.25 | – | 0.7 | 0.7 |
| Ferrinox 255/ Uranus 2507Cu |
1.4507/S32520/S32550 | Super | 25 | 6.5 | 3.5 | 0.25 | – | – | 1.5 |
雙相鋼的範圍使它們可以與奧氏體和鐵素體鋼等級匹配以實現耐蝕性。耐蝕性沒有單一的衡量標準。然而，使用孔蝕抗性等效數（PREN）作為對等級進行排序的手段是方便的，其中一個常用的參數計算公式是：
PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N下表顯示了雙相鋼與某些奧氏體和鐵素體鋼種的比較
| Grade | EN No/UNS | Type | Typical PREN |
|---|---|---|---|
| 430 | 1.4016/S43000 | Ferritic | 18 |
| 304 | 1.4301/S30400 | Austenitic | 19 |
| 441 | 1.4509/S43932 | Ferritic | 19 |
| RDN 903 | 1.4482/S32001 | Duplex | 22 |
| 316 | 1.4401/S31600 | Austenitic | 24 |
| 444 | 1.4521/S44400 | Ferritic | 24 |
| 316L 2.5 Mo | 1.4435 | Austenitic | 26 |
| 2101 LDX | 1.4162/S32101 | Duplex | 26 |
| 2304 | 1.4362/S32304 | Duplex | 26 |
| DX2202 | 1.4062/ S32202 | Duplex | 27 |
| 904L | 1.4539/N08904 | Austenitic | 34 |
| 2205 | 1.4462/S31803/S32205 | Duplex | 35 |
| Zeron 100 | 1.4501/S32760 | Duplex | 41 |
| Ferrinox 255/ Uranus 2507Cu |
1.4507/S32520/S32550 | Duplex | 41 |
| 2507 | 1.4410/S32750 | Duplex | 43 |
| 6% Mo | 1.4547/S31254 | Austenitic | 44 |
必須強調的是，該表僅作為材料選擇的指南。充分了解腐蝕環境來評估特定產品的適用性始終很重要。
SCC 是一種腐蝕形式，由特定的因素組合而發生：
- 拉應力
- 腐蝕環境
- 足夠高的溫度。通常為50攝氏度，但在特定環境下，尤其是在游泳池等環境中，可能會發生在較低溫度，約為25攝氏度。
不幸的是，標準奧氏體鋼如 304 (1.4301) 和 316 (1.4401) 最容易發生 SCC。以下材料不太容易發生 SCC：
- 鐵素體不鏽鋼
- 雙相不鏽鋼
- 高鎳奧氏體不鏽鋼
抗 SCC 性能使雙相鋼成為許多在較高溫度下運行的工藝的材料，特別是：
- 熱水鍋爐
- 釀造罐
- 海水淡化
眾所周知，游泳池中的不鏽鋼結構容易發生應力腐蝕開裂。在此應用中，即有承載要求和/或安全考慮的情況下，禁止使用標準奧氏體不鏽鋼，如 304 和 316。用於此目的的最佳鋼是高鎳奧氏體鋼，例如 6% Mo 鋼種。然而，在某些情況下，可以考慮雙相鋼，例如 2205、(1.4462) 和超級雙相鋼。
高強度、廣泛的耐腐蝕性、中等可焊性的有吸引力的組合似乎為增加雙相不鏽鋼的市場份額提供了巨大的潛力。然而，重要的是要了解雙相不鏽鋼的侷限性以及為什麼它們總是可能成為“利基市場參與者”。
當考慮到可成形性和可加工性時，高強度的優點立即變成了 缺點 。與奧氏體鋼相比，高強度的同時延展性也較低。因此，任何需要高度可成形性的應用（例如水槽）都被排除在雙相不鏽鋼之外。即使延展性足夠，也需要更大的力來形成材料，例如在彎管時。正常規則有一個例外，即切削性能較差，即 1.4162 級。
雙相不鏽鋼的冶金學比奧氏體鋼或鐵素體鋼複雜得多。這就是為什麼 3 天的會議可以專門用於雙工！這個因素意味着它們更難以在工廠生產和製造。
- 奧氏體和鐵素體不鏽鋼設計強度的兩倍
- 廣泛的耐腐蝕性能以適應應用
- 良好的韌性，低至-80°。 C，但不是真正的低溫應用
- 特別耐應力腐蝕開裂
- 厚截面可小心焊接
- 比奧氏體鋼更難成型和加工
- 最高限制為300攝氏度
