简介
双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，，一般较少相的含量最少也需要达到3O%的不锈钢。
焊接特性
双相不锈钢具有良好的焊接性能，与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比，它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低，也不像奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。双相不锈钢由于其特殊的优点，广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域，近些年来也被研究用于桥梁承重结构领域，具有很好的发展前景。
节约型双相钢"经常会出现的焊接性能问题。而焊接标准双相钢并不是一个问题，而且不论采用何种工艺，都有适合这些应用的焊材。从金相的角度来看，焊接2101（1.4162）根本就没有问题，实际上它甚至要比标准级的双相钢更加容易焊接，因为这种材料事实上可以采用乙炔焊工艺来进行焊接，而对于标准双相钢材料而言，始终必须避免使用这种工艺。焊接2101所面临的实际问题是熔池的粘度不同，因此可湿性差了一点。这迫使操作人员在焊接的过程中更加多地使用电弧焊，而这正是问题的所在。尽管可以通过选择超合金化焊材加以弥补，但是我们经常希望选择匹配的焊材。
在2101中，也存在低温热影响区和高温热影响区中的显微结构之间的热影响区相互作用，比2304、2205或2507更加有利。在以2101进行试验时，也已经发现由于镍含量较低，因此产生了含有较多氮与锰的不同类型的"回火色"，而这影响了腐蚀性能。在电弧和熔池中发生的这一成分损失是由于氮与锰的蒸发与熔敷，这对于双相钢等级的材料来说是一个新问题，因此在这次讲课中将作了较多描述。
焊接特点
双相不锈钢其焊接特点如下：
双相不锈钢在正常固溶处理(1020℃～1100℃加热并水冷)后,钢中含有大约50%～60%奥氏体和50%～40%铁素体组织。随着加热温度的提高，两相比例变化并不明显。
双相不锈钢具有良好的低温冲击韧性，如20mm厚的板材横向试样在-80℃时冲击吸收功可达100J以上。在大多数介质中其耐均匀腐蚀性能和耐点腐蚀性能均较好，但要注意，该类钢在低于950℃热处理时，由于σ相的析出，其耐应力腐蚀性能将显着变坏。由于该钢Cr当量与Ni当量比值适当，在高温加热后仍保留有较大量的一次奥氏体组织,又可使二次奥氏体在冷却过程中生成,结果钢中奥氏体相总量不低于30%～40%因而使钢具有良好的耐晶间腐蚀性能。
另外，如前所述，在焊接这种钢时裂纹倾向很低，不须预热和焊后热处理。由于母材中含有较高的N，焊接近缝区不会形成单相铁素体区，奥氏体含量一般不低于30%。适用的焊接方法有钨极氩弧焊和焊条电弧焊等，一般为了防止近缝区晶粒粗化，施焊时，应尽量使用低的线能量焊接。
工艺提升
实验和理论计算表明：临界区加热后获得双相组织所需的临界冷却速率与钢中锰含量具有一定关系。其根钢中存在的合金元素，就可估算获得双相组织所需要的临界冷却速率，为热处理双相钢生产时，选择适当的冷却方法提供依据。
当钢的化学成分一定时，应在保证获得双相组织的前提下，尽可能采用较低的冷却速度，使铁素体中的碳有充分的时间扩散到奥氏体中，从而降低双相钢的屈服强度，提高双相钢的延性。如果钢中合金元素含量较4，临界冷却速度过高，冷却后铁素体中含有较高的固溶碳，不利于获得优良性能的双相钢，这时应改变钢的化学成分，增加钢中的合金元素含量，从而降低临界冷却速度，或者在双相钢的生产工艺中，加入补充回火工序，降低铁素体中的固溶碳，改善双相钢的性能。如果钢中含有强的碳化物形成元素，当估算临界冷却速率时，应考虑到这些元素对临界区加热时所形的奥氏体淬透性和有利影响，V和Ti的碳化物粒子可以通过相界面的钉扎作用提高奥氏体的淬透性，降低临界冷却速度。
当钢中合金元素含量较低时，冷却速度较慢会得到铁素体加珠光体组织；冷却速度较快时，则铁素体中保留固溶碳较高，不利于降低屈服强度和提高延性。采用两阶段冷却可以改善双相钢的性能，即从临界区加热温度缓冷到某一温度，然后快冷。缓冷可以使铁素体中的碳向未转变的奥氏体富聚。而快冷则可以避免未转变的奥氏体等温分解，保证获得所需的双相组织和性能。例如0.08%C-1.4%Mn钢，从800℃;加热到水冷的力学性能为：σ0.2=365PMa，σb=700MPa，σ0.2/σb=0.52，eu=18%，et=21%。如采用两阶段冷却工艺，即在800℃;加热后，空冷到600℃;，然后水冷，其性能为：σ0.2=280MPa，σb=600MPa，σ0.2/σb=0.47，eu=21%，et=29%。两阶段冷却使双相钢的屈服强度降低，延性提高。
对于一个给定成分的钢，临界区加热时奥氏体的淬透性可以通过钢板热轧后高温卷来修正。高温盘卷可使碳、锰等合金元素在第二组（珠光体或贝氏体）中明显富集。有利提高随后临界区处理时双相钢的综合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N钢的试验结果为例，采用两种工艺过程：一种为普通扎制工艺，终轧温度900℃;→油冷到600℃;盘卷→吹风冷到室温→冷轧70%→连续退火。两种盘卷工艺的碳和锰分布的分析结果可见高温盘卷可使碳和锰在第二相中明显富集，而普通的轧制工艺锰基本无富集趋势。
用高温盘卷以修正合金含量较低的钢在随后临界区处理时的淬透性，并降低热处理双相钢的屈服强度，提高其延性的技术，已在有关工厂用于热处理双相钢的生产，所得到的热处理双相钢板综合性能良好，板材各部位的性能均匀，纵向、横向性能一致。例如对0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al钢。
限制要求
1.需要对相比例进行控制，最合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半，其中某一相的数量最多不能超过65%，这样才能保证有最佳的综合性能。如果两相比例失调，例如铁素体相数量过多，很容易在焊接HAZ形成单相铁素体，在某些介质中对应力腐蚀破裂敏感。
2.需要掌握双相不锈钢的组织转变规律，熟悉每一个钢种的TTT和CCT转变曲线，这是正确指导制定双相不锈钢热处理，热成型等工艺的关键，双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。
3.双相不锈钢的连续使用温度范围为-50～250℃，下限取决于钢的脆性转变温度，上限受到475℃脆性的限制，上限温度不能超过300℃。
4.双相不锈钢固溶处理后需要快冷，缓慢冷却会引起脆性相的析出，从而导致钢的韧性，特别是耐局部腐蚀性能的下降。
5.高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度不能低于950℃，超级双相不锈钢不能低于980℃低铬钼双相不锈钢不能低于900℃，避免因脆性相的析出在加工过程造成表面裂纹。
6.不能使用奥氏体不锈钢常用的650-800℃的消除应力处理，一般采用固溶退火处理。对于在低合金钢的表面堆焊双相不锈钢后，需要进行600-650℃整体消应处理时，必须考虑到因脆性相的析出所带来的韧性和耐腐蚀性，尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题，尽可能缩短在这一温度范围内的加热时间。低合金钢和双相不锈钢复合板的热处理问题也要同此考虑。
7.需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律，不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接，双相不锈钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系，一些设备的失效往往与焊接有关。关键在于线能量和层间温度的控制，正确选择焊接材料也很重要。焊接接头（焊缝金属和焊接HAZ）的两相比例，尤其是焊接HAZ维持必要的奥氏体数量，这对保证焊接接头具有与母材同等的性能很重要。
8.在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时，要注意钢的耐腐蚀性总是相对的，尽管双相不锈钢有较好的耐局部腐蚀性能，就某一个双相不锈钢而言，他也是有一个适用的介质条件范围，包括温度、压力、介质浓度、pH值等，需要慎重加以选择。从文献和手册中获取的数据很多是实验室的腐蚀试验结果，往往与工程的实际条件有差距，因此在选材时需要注意，必要时需要进行在实际介质中的腐蚀试验或是现场条件下的挂片试验，甚至模拟装置的试验。
国家标准
牌号
我国新标准GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》中加入了许多双相不锈钢牌号。如：14Cr18Ni11Si4AlTi、 022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti。更多的牌号见标准。
另外：著名的2205双相钢相当于我国的022Cr23Ni5Mo3N.。最后，一些网页甚至论文将双相不锈钢写作双向不锈钢是错误的。双相是指金相组织的有两种，而非方向的“向”。
应用
在日本汽车制造行业
日本在双相钢的商品生产方面领先于其他国家，20世纪90年代已有一些钢铁公司生产双相钢，如川崎制铁（株）、神户制铁（株）、日本钢管（株）、住友金属（株）和新日铁（株）。川崎制铁（珠）已经研制和生产了一系列冷轧连续退火的热处理双相钢（定名为CHLY，即冷轧高强度、低屈服点双相钢）和热轧双相钢（定名为HHLY，即热轧高强度、低屈服点双相钢）。CHLY系列的双相钢用于较薄规格（0.8mm），制作车外门部面板、车顶内半、行李盖板、车身面板和保险杠；HHLY系列用于较厚规格（2.9mm以上），主要用于冲制保险杠加强体、车轮的轮辐和轮盘等零件。
日本钢管（株）供应的一系列的热轧双相钢板，定名为NKHA（表示日本钢管热轧合金），其抗拉强度在500~800MPa。该公司生产的冷轧双相钢定名为NKCA（表示日本钢管冷轧合金），其抗拉强度在400~1000MPa。采用特殊的淬火回火工艺生产的烘烤硬化双相钢定名为NKCA-H。在连续退火生产线上生产的热轧和冷轧双相钢分别定名为NKCA-L和NKHA-L。在这些钢中，强度级别较高的钢用于门撞击横梁、保险杠加强体，以减薄规格；强度级别较低的钢用于车身外边面板、车盖板、门外部面板等，以改善冲压成形性和压痕抗力。
新日铁（株）成批供应热轧（SAFH和EGSAFH）和冷轧（SAFC和EGSAFC）双相钢，这些钢提高了汽车零件的压痕抗力，降低了路面噪声和汽车总量，从而降低了油耗。该公司供应的双相钢有三个强度级别，强度较低的双相钢（σb=340~440MPa）用于制造车门外和内板、车身面板、车身后盖板等。强度中的双相钢（σb=490~590MPa）用于制造车身各种框架和其他结构零件。强度较高的双相钢（σb=780~980MPa）用于制造汽车中各类安全零件，如框架、抗撞击梁、弹簧支架、座位方框架、车体装配支架等。
住友金属（株）生产供应一系列热轧（SHXD）和冷轧热处理双相钢（SCXD）。该公司通过改变合金中的碳、硅、锰含量和工艺过程获得了各种强度水平的双相钢板。热处理工艺一般在连续退火生产线上进行，生产的双相钢供给一些汽车厂进行成形、车轮制造及疲劳寿命试验。
在北美汽车制造行业
1975年美国通用汽车公司开始研究和实制双相钢，经过5年左右在一些钢厂和汽车厂试验之后，制定了用双相钢制造汽车零件（如保险杠、控制臂、轮辋、轮辐等）的技术规范。起初，北美生产的双相钢都含有Cr、Mn、Si、V和Mo等提高淬透性的元素。临界区热处理是连续热处理生产线（如不锈钢退火生产线，改造的镀锌、镀锡生产线）或批量退火炉中进行的。美国钢公司、麦克劳斯钢公司、詹斯拉古林钢公司等就采用这些生产方法，其典型牌号为VAN-QN50、80、100或GM980X。
美国克里马克斯钼公司研究和发展了一种不需要热处理的双相钢（即通过控制终轧温度、终轧至盘卷的冷却速度及盘卷温度获得所需的双相组织），取名为ARDP，其性能和普通热处理双相钢相当，但钢中含有较高的Mn、Si、Ce、Mo等合金元素。美国克里马克斯钼公司与美国的其他一些钢厂（如底特律钢公司、克里特莱克钢公司和福特汽车公司炼钢部）以及加拿大的底法斯科公司已生产了ARDP。
1978年，通用汽车公司开始用双相钢制造某汽车零件，如“凯特勒克”牌汽车的前保险杠，“塞奇那”转向齿轮的轴向轴节加强体，尤其是联轴节加强体采用双相钢后，不仅改善了成形性，而且不再需要热处理来提高强度。同时通用汽车公司研究得出，弯曲和拉延成形操作可使双相钢零件产生最大的强度增量，因此质量可大大减小。例如，用双相钢GM980X制造保险杠时，弯角处的屈服强度达到550MPa，质量减轻30%。用GM980X制造轮盘、轮辐时，成形工艺很方便，扩孔和焊接工艺未引起开裂。而普通低合金高强度钢制造这类零件，很难通过焊接和扩孔操作工序。通用汽车公司和福特汽车公司用双相钢制造的轮盘，除质量减少了14%外，疲劳寿命为普通碳钢的2倍。由双相钢制造的客车轮辐，在超过整车试验载荷50%以上的负载下进行疲劳试验，寿命完全合格。通用汽车公司和福特汽车公司用双相钢制造小汽车发动机罩壳，使板厚从原来的1.8mm减少到0.7mm，并保证了刚度要求。
在欧洲汽车制造行业
在双相钢的工业生产方面，欧洲一些主要国家落后于日本和美国。由于受钢厂的设备条件限制，这些国家对热轧双相钢饿兴趣高于热处理双相钢。意大利的特柯赛德、法国的尤西诺、德国的霍斯奇，英国的BSC和GKN等公司在双相钢的研究、发展和生产方面都已取得进展，并试制和生产了一些板材供许多汽车尝进行零件成形试验。
意大利的热柯赛德钢公司已试制和生产了Mn-Si-Cr-Mo热轧双相钢和Mn-V热处理双相钢，其牌号分别为HS55-25Dual和HF500Dual，并且已用热轧双相钢制成菲亚特（Fiat）131汽车车轮（板后3.5mm），用1mm厚的热处理双相钢制成AI-FA汽车的挡风板和加强体构件。其车轮实物疲劳试验由普通碳钢的循环次数65000次提高到双相钢HS55-25Dual的420000次，即疲劳寿命提高可将近7倍。热普通低合金高强度钢HS40-30VAD制造的车轮，其实物疲劳强度仅为280000次，远低于双相钢。
索可科公司生产的各种规格的热轧Si-Cr-Mo双相钢，已在欧洲个汽车厂进行成形性评价和试验。该公司在热轧Si-Cr-Mo双相钢中加入少量稀土或锆，以控制夹杂物的形状；其具体成分依据轧制工艺、零件的厚度、形状和用途而定。
法国尤西诺钢公司研究了化学成分（Mn、Si、Mo、Cr、Al和B等）以及工艺参数（终轧温度、冷却速率、盘卷温度等）对双相钢性能的影响，确定了热轧双相钢的合理成分和工艺参数，并试制了定名为Usilinght80的热轧双相钢。现已用这种热轧双相钢板制造汽车车轮和其他各种复杂形状的冲压构件。前联邦德国霍斯奇公司试制了类似于克里马克斯钼公司的ARDP双相钢，并用于制造汽车车轮，其成形性和疲劳寿命试验都令人满意。
英国不仅对双相钢的变形和加工硬化特性、缩颈和断裂抗力、延性断裂机制以及改善延性断裂抗力的途径等基础理论进行了研究，而且对双相钢的生产工艺、合金成分和性能进行了各种试验。例如，Anelli等人进行了各种钼含量的热轧双相钢的工艺和性能试验，测定了各种合金含量的Mn-Si-Cr-Mo-B系的未变形奥氏体的转变特性，完成了实验室模拟试验，找出了适合于工业生产的不含钼的热轧双相钢的成分和工艺，降低了热轧双相钢的价格。BSC公司在宽、窄轧机上试制了热轧双相钢，并对合金元素对热轧和热处理双相钢性能的影响进行了研究，选定了两种更经济和更有效的合金成分进行工业试制。
瑞典在进行双相钢性能研究的同时，引进了日本的连续退火生产线，进行热处理双相钢的试制和生产。目前瑞典SSAB公司高强度双相钢的生产和应用在世界上颇具特色。总之，欧洲大多数钢厂和汽车厂都积极参加了双相钢的研究、试制和性能评价。目前，双相钢在欧洲的生产和应用亦将迅速增长。尤其是米特尔-阿塞罗公司和蒂森公司生产的双相钢已在欧洲一些著名汽车厂中的名牌汽车上广泛应用。
