以下文章來源于壓力容器焊接 ，作者C.C

      壓力容器常用的雙相鋼牌號就是2205與S31803，他們的化學(xué)成分非常相近，強(qiáng)度、延伸率、硬度指標(biāo)也基本一樣，有時候我們就在他們之間相互代用。那他們的主要區(qū)別是什么呢？到底哪個材料的綜合性能更好一些？

      其實在2000年以前，2205的化學(xué)成分要求和S31803完全一樣，后來美國材料協(xié)會發(fā)現(xiàn)這個化學(xué)成分有一定的問題，于是在2000版的ASTM標(biāo)準(zhǔn)1.03卷的ASTM A240/A240M-99a把2205的化學(xué)成分規(guī)定在UNS S32205的成分范圍內(nèi)。其最大的變化就是將合金的中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.08~0.20%改為了0.14~0.20%，提高了N含量的下限值。

      那為什么要做這種改變呢？我們知道雙相鋼的室溫理想組織是鐵素體和奧氏體各占50%，其在升溫時期的高溫階段（大于1100℃）奧氏體是逐漸向鐵素體轉(zhuǎn)變的，當(dāng)高于鐵素體固溶線溫度（一般在1250~1350℃范圍內(nèi)）時就會全部轉(zhuǎn)變成鐵素體，然后在隨后的冷卻過程中，鐵素體再部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，但是這個轉(zhuǎn)變量的多少跟材料的成分和冷卻速度有密切關(guān)系。雙相鋼熱影響區(qū)的各階段反應(yīng)如圖1所示。

                          圖1 雙相鋼熱影響區(qū)的各階段組織變化

雙相鋼的焊接熱影響區(qū)離熔合線越近，鐵素體含量越高，在歐標(biāo) EN13445-4 第 7.3 條款 b 中就對雙相鋼熱影響區(qū)的規(guī)定：在離熔合線兩個晶粒尺寸寬的范圍內(nèi)鐵素體含量不能超過 85% 。焊接熱影響區(qū)在冷卻時，全靠奧氏體化元素（ Ni 、 C 、 N 、 Mn ）的擴(kuò)散使鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。由于 Ni 、 Mn 原子半徑大，是置換型合金元素，在快速冷卻時其擴(kuò)散速率很低；相反 C 、 N 是小的間隙型元素，在 1040 ℃到鐵素體固溶線溫度這個區(qū)間都有很快的擴(kuò)散速度，而 C 由于對耐腐性的負(fù)面影響一般含量都非常低，這樣 N 就成了在焊接冷卻條件下控制相平衡的關(guān)鍵元素。當(dāng) N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 0.12% 增加到 0.18% ，奧氏體就可以在更高的溫度下在鐵素體晶內(nèi)形核，從而轉(zhuǎn)變成更多奧氏體。

另外在雙相鋼中 N 主要固溶在奧氏體中， 經(jīng)試驗測得奧氏體中 N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 0.25~0.60% ，鐵素體中 N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 0.00~0.05% 。圖 2 顯示 N 在鐵素體和奧氏體中的固溶度，對比兩條曲線，奧氏體相中 N 的固溶度要高的多。所以如果母材中 N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 0.14% ，那么焊接熱影響區(qū)中的鐵素體在冷卻時就不能更快、更多的轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，就會造成 N 含量超過鐵素體中的固溶極限，此時會發(fā)生強(qiáng)烈的氮化物析出反應(yīng)，主要是 Cr ₂ N ，結(jié)果就會造成熱影響的塑性、韌性和耐腐蝕性下降。因此我們在選用雙相鋼牌號時應(yīng)優(yōu)先選擇 S32205 ，而不是選擇已經(jīng)過時的 S31803 。

                                  圖2 氮在鐵素體和奧氏體中的固溶度