簡介
雙相不鏽鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，，一般較少相的含量最少也需要達到3O%的不鏽鋼。
焊接特性
雙相不鏽鋼節約型雙相鋼"經常會出現的焊接性能問題。而焊接標準雙相鋼並不是一個問題，而且不論採用何種工藝，都有適合這些套用的焊材。從金相的角度來看，焊接2101（1.4162）根本就沒有問題，實際上它甚至要比標準級的雙相鋼更加容易焊接，因為這種材料事實上可以採用乙炔焊工藝來進行焊接，而對於標準雙相鋼材料而言，始終必須避免使用這種工藝。焊接2101所面臨的實際問題是熔池的粘度不同，因此可濕性差了一點。這迫使操作人員在焊接的過程中更加多地使用電弧焊，而這正是問題的所在。儘管可以通過選擇超合金化焊材加以彌補，但是我們經常希望選擇匹配的焊材。
在2101中，也存在低溫熱影響區和高溫熱影響區中的顯微結構之間的熱影響區相互作用，比2304、2205或2507更加有利。在以2101進行試驗時，也已經發現由於鎳含量較低，因此產生了含有較多氮與錳的不同類型的"回火色"，而這影響了腐蝕性能。在電弧和熔池中發生的這一成分損失是由於氮與錳的蒸發與熔敷，這對於雙相鋼等級的材料來說是一個新問題，因此在這次講課中將作了較多描述。
焊接特點
雙相不鏽鋼其焊接特點如下：
雙相不鏽鋼在正常固溶處理(1020℃～1100℃加熱並水冷)後,鋼中含有大約50%～60%奧氏體和50%～40%鐵素體組織。隨著加熱溫度的提高，兩相比例變化並不明顯。
雙相不鏽鋼具有良好的低溫衝擊韌性，如20mm厚的板材橫向試樣在-80℃時衝擊吸收功可達100J以上。在大多數介質中其耐均勻腐蝕性能和耐點腐蝕性能均較好，但要注意，該類鋼在低於950℃熱處理時，由於σ相的析出，其耐應力腐蝕性能將顯著變壞。由於該鋼Cr當量與Ni當量比值適當，在高溫加熱後仍保留有較大量的一次奧氏體組織,又可使二次奧氏體在冷卻過程中生成,結果鋼中奧氏體相總量不低於30%～40%因而使鋼具有良好的耐晶間腐蝕性能。
另外，如前所述，在焊接這種鋼時裂紋傾向很低，不須預熱和焊後熱處理。由於母材中含有較高的N，焊接近縫區不會形成單相鐵素體區，奧氏體含量一般不低於30%。適用的焊接方法有鎢極氬弧焊和焊條電弧焊等，一般為了防止近縫區晶粒粗化，施焊時，應儘量使用低的線能量焊接。
影響因素
雙相不鏽鋼含N量影響
Gómez de Salazar JM等人研究了保護氣體中 N2的不同含量對雙相不鏽鋼性能的影響。結果表明，隨著混合氣體中 N2分壓 PN2的增加，焊縫中氮的質量分數ω(N)開始迅速增加，然後變化很小，焊縫中的鐵素體相含量φ(α)隨ω(N)增加呈線性下降，但φ(α)對抗拉強度和伸長率的影響與ω(N)的影響剛好相反。同樣的鐵素體相含量φ(α)，母材的抗拉強度和伸長率均高於焊縫。這是由於顯微組織的不同所造成的。雙相不鏽鋼焊縫金屬中含 N 量提高后可以改善接頭的衝擊韌性，這是由於增加了焊縫金屬中的γ相含量，以及減少了Cr2N 的析出。
熱輸入影響
與焊縫區不同，焊接時熱影響區的ω(N)是不會發生變化的，它就是母材的ω(N)，所以此時影響組織和性能的主要因素是焊接時的熱輸入。根據文獻 ，焊接時應選擇合適的線能量。焊接時如果熱輸入太大，焊縫熱影響區範圍增大，金相組織也趨於晶粒粗大、紊亂，造成脆化，主要表現為焊接接頭的塑性指標下降。如焊接熱輸入太小，造成淬硬組織並易產生裂紋，對HAZ的衝擊韌性同樣不利。此外，凡影響冷卻速度的因素都會影響到HAZ的衝擊韌性，如板厚、接頭形式等。
σ相脆化
國外文獻介紹了再熱引起的雙相不鏽鋼及其焊縫金屬的σ相脆化問題。母材和焊縫金屬的再熱過程中，先由α相形成細小的二次奧氏體γ*，然後析出σ相。結果表明，脆性開裂都發生於σ相以及基體與σ相的界面處，對母材斷口觀察表明，在σ相周圍區域內都為韌窩，由於α相區寬，大量生成的σ相才會使韌性降低，然而在焊縫中α相區是細小的，斷口仍表現為脆性斷裂，只要少量的σ相生成就足以引起焊縫金屬韌性的降低，因此，焊縫金屬中的σ相脆化傾向比母材要大得多。
氫致裂紋
雙相不鏽鋼焊接接頭的氫脆通常發生於α相，且氫脆的敏感性隨焊接時峰值溫度的升高而增加。其微觀組織的變化為：峰值溫度增加，γ相含量減少，α相含量增加，同時由α相邊界和內部析出的Cr2N 量增加，故極易發生氫脆。
應力腐蝕開裂
母材和焊縫金屬中的裂紋都起始於α/γ界面的α相一側，並在α相內擴展。奧氏體（γ）由於其固有的低氫脆敏感性，因此，可起到阻擋裂紋擴展的作用。由於DSS 中含有一定量的奧氏體，所以其應力腐蝕開裂傾向性較小。
點蝕問題
耐點蝕是雙相不鏽鋼的一個重要特性，與其化學成分和微觀組織有著密切關係。點蝕一般產生於α/γ界面，因此被認為是產生於γ相和α相之間的γ*相。這意味著γ*相中的含Cr量低於γ相。γ*相與γ相的成分不同，是由於γ* 相中 的Cr 和Mo含量低於初始γ相中的Cr、Mo含量。進一步研究表明，含N量較低的鋼，其點蝕電位對冷卻速度較為敏感。因此，在焊接含 N 量較低的雙相不鏽鋼時，對冷卻速度的控制要求更加嚴格。在雙相不鏽鋼焊接過程中，合理控制焊接線能量是獲得高質量雙相不鏽鋼接頭的關鍵。線能量過小，焊縫金屬及熱影響區的冷卻速度過快，奧氏體來不及析出，從而使組織中的鐵素體相含量增多；如線能量過大，儘管組織中能形成足量的奧氏體，但也會引起熱影響區內的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害相的析出。一般情況下，焊條電弧焊（Shieded Metal Arc Welding，SMAW）、鎢極氬弧焊（Gas Tungsten Arc Welding，GTAW）、藥芯焊絲電弧焊（Flux-Cored WireArc Welding，FCAW）和等離子弧焊（Plasma Arc Welding，PAW）等焊接方法均可用於雙相不鏽鋼的焊接，且在焊前一般不需要採取預熱措施，焊後也不需進行熱處理。
工藝提升
雙相不鏽鋼實驗和理論計算表明：臨界區加熱後獲得雙相組織所需的臨界冷卻速率與鋼中錳含量具有一定關係。其根鋼中存在的合金元素，就可估算獲得雙相組織所需要的臨界冷卻速率，為熱處理雙相鋼生產時，選擇適當的冷卻方法提供依據。
當鋼的化學成分一定時，應在保證獲得雙相組織的前提下，儘可能採用較低的冷卻速度，使鐵素體中的碳有充分的時間擴散到奧氏體中，從而降低雙相鋼的屈服強度，提高雙相鋼的延性。如果鋼中合金元素含量較4，臨界冷卻速度過高，冷卻後鐵素體中含有較高的固溶碳，不利於獲得優良性能的雙相鋼，這時應改變鋼的化學成分，增加鋼中的合金元素含量，從而降低臨界冷卻速度，或者在雙相鋼的生產工藝中，加入補充回火工序，降低鐵素體中的固溶碳，改善雙相鋼的性能。如果鋼中含有強的碳化物形成元素，當估算臨界冷卻速率時，應考慮到這些元素對臨界區加熱時所形的奧氏體淬透性和有利影響，V和Ti的碳化物粒子可以通過相界面的釘扎作用提高奧氏體的淬透性，降低臨界冷卻速度.
2.兩階段冷卻工藝
當鋼中合金元素含量較低時，冷卻速度較慢會得到鐵素體加珠光體組織；冷卻速度較快時，則鐵素體中保留固溶碳較高，不利於降低屈服強度和提高延性。採用兩階段冷卻可以改善雙相鋼的性能，即從臨界區加熱溫度緩冷到某一溫度，然後快冷。緩冷可以使鐵素體中的碳向未轉變的奧氏體富聚。而快冷則可以避免未轉變的奧氏體等溫分解，保證獲得所需的雙相組織和性能。例如0.08%C-1.4%Mn鋼，從800℃;加熱到水冷的力學性能為：σ0.2=365PMa，σb=700MPa，σ0.2/σb=0.52，eu=18%，et=21%。如採用兩階段冷卻工藝，即在800℃;加熱後，空冷到600℃;，然後水冷，其性能為：σ0.2=280MPa，σb=600MPa，σ0.2/σb=0.47，eu=21%，et=29%。兩階段冷卻使雙相鋼的屈服強度降低，延性提高。
3.雙相鋼板熱軋後盤卷溫度的影響
對於一個給定成分的鋼，臨界區加熱時奧氏體的淬透性可以通過鋼板熱軋後高溫捲來修正。高溫盤卷可使碳、錳等合金元素在第二組（珠光體或貝氏體）中明顯富集。有利提高隨後臨界區處理時雙相鋼的綜合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N鋼的試驗結果為例，採用兩種工藝過程：一種為普通扎制工藝，終軋溫度900℃;→油冷到600℃;盤卷→吹風冷到室溫→冷軋70%→連續退火。兩種盤卷工藝的碳和錳分布的分析結果可見高溫盤卷可使碳和錳在第二相中明顯富集，而普通的軋制工藝錳基本無富集趨勢。
用高溫盤卷以修正合金含量較低的鋼在隨後臨界區處理時的淬透性，並降低熱處理雙相鋼的屈服強度，提高其延性的技術，已在有關工廠用於熱處理雙相鋼的生產，所得到的熱處理雙相鋼板綜合性能良好，板材各部位的性能均勻，縱向、橫向性能一致。例如對0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al鋼。
限制要求
1.需要對相比例進行控制，最合適的比例是鐵素體相和奧氏體相約各占一半，其中某一相的數量最多不能超過65%，這樣才能保證有最佳的綜合性能。如果兩相比例失調，例如鐵素體相數量過多，很容易在焊接HAZ形成單相鐵素體，在某些介質中對應力腐蝕破裂敏感。
2.需要掌握雙相不鏽鋼的組織轉變規律，熟悉每一個鋼種的TTT和CCT轉變曲線，這是正確指導制定雙相不鏽鋼熱處理，熱成型等工藝的關鍵，雙相不鏽鋼脆性相的析出要比奧氏體不鏽鋼敏感的多。
3.雙相不鏽鋼的連續使用溫度範圍為-50～250℃，下限取決於鋼的脆性轉變溫度，上限受到475℃脆性的限制，上限溫度不能超過300℃。
4.雙相不鏽鋼固溶處理後需要快冷，緩慢冷卻會引起脆性相的析出，從而導致鋼的韌性，特別是耐局部腐蝕性能的下降。
5.高鉻鉬雙相不鏽鋼的熱加工與熱成型的下限溫度不能低於950℃，超級雙相不鏽鋼不能低於980℃低鉻鉬雙相不鏽鋼不能低於900℃，避免因脆性相的析出在加工過程造成表面裂紋
6.不能使用奧氏體不鏽鋼常用的650-800℃的消除應力處理，一般採用固溶退火處理。對於在低合金鋼的表面堆焊雙相不鏽鋼後，需要進行600-650℃整體消應處理時，必須考慮到因脆性相的析出所帶來的韌性和耐腐蝕性，尤其是耐局部腐蝕性能的下降問題，儘可能縮短在這一溫度範圍內的加熱時間。低合金鋼和雙相不鏽鋼複合板的熱處理問題也要同此考慮。
7.需要熟悉了解雙相不鏽鋼的焊接規律，不能全部套用奧氏體不鏽鋼的焊接，雙相不鏽鋼的設備能否安全使用與正確掌握鋼的焊接工藝有很大關係，一些設備的失效往往與焊接有關。關鍵在於線能量和層間溫度的控制，正確選擇焊接材料也很重要。焊接接頭（焊縫金屬和焊接HAZ）的兩相比例，尤其是焊接HAZ維持必要的奧氏體數量，這對保證焊接接頭具有與母材同等的性能很重要。
8.在不同的腐蝕環境中選用雙相不鏽鋼時，要注意鋼的耐腐蝕性總是相對的，儘管雙相不鏽鋼有較好的耐局部腐蝕性能，就某一個雙相不鏽鋼而言，他也是有一個適用的介質條件範圍，包括溫度、壓力、介質濃度、pH值等，需要慎重加以選擇。從文獻和手冊中獲取的數據很多是實驗室的腐蝕試驗結果，往往與工程的實際條件有差距，因此在選材時需要注意，必要時需要進行在實際介質中的腐蝕試驗或是現場條件下的掛片試驗，甚至模擬裝置的試驗。
國家標準
牌號
我國新標準GB/T 20878-2007《不鏽鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》中加入了許多雙相不鏽鋼牌號。如：14Cr18Ni11Si4AlTi、 022Cr19Ni5Mo3Si2N、12Cr21Ni5Ti。更多的牌號見標準。
另外：著名的2205雙相鋼相當於我國的022Cr23Ni5Mo3N.。最後，一些網頁甚至論文將雙相不鏽鋼寫作雙向不鏽鋼是錯誤的。雙相是指金相組織的有兩種，而非方向的“向”。
化學成分
| 鋼號 | C≤ | Mn≤ | Si≤ | S≤ | P≤ | Cr≤ | Ni | Mo | Cu≤ | N |
| S32750（SAF2507） 00Cr25Ni7Mo4N | 0.03 | 1.20 | 0.8 | 0.020 | 0.035 | 24.0/26.0 | 6.0/8.0 | 3.0/5.0 | 0.50 | 0.24/0.32 |
| S31803(SAF2205) 00Cr22Ni5Mo3N | 0.03 | 2.00 | 1.0 | 0.020 | 0.030 | 21.0/23.0 | 4.50/6.50 | 2.50/3.50 | 0.08/0.20 | |
| S31500(3RE60) 00Cr18Ni5Mo3Siz | 0.03 | 1.2/2.00 | 1.4/2.00 | 0.030 | 0.030 | 18.0/19.0 | 4.25/5.25 | 2.50/3.00 | 0.05/0.10 |
機械性能
| 鋼號 | σb(Mpa)≥ | σs(Mpa)≥ | δ(%)≥ | 硬度 | |
| 布氏(HB) | 洛氏(HRC) | ||||
| S32750（SAF2507） 00Cr25Ni7Mo4N | 800 | 550 | 15 | 310 | 32 |
| S3180.(SAF2507) 00Cr22Ni5Mo3N | 620 | 450 | 25 | 290 | 30.5 |
| S31500(3RE60) 00Cr18Ni5Mo3Siz | 630 | 440 | 30 | 290 | 30.5 |
套用
在日本汽車製造行業
日本在雙相鋼的商品生產方面領先於其他國家，20世紀90年代已有一些鋼鐵公司生產雙相鋼，如川崎制鐵（株）、神戶制鐵（株）、日本鋼管（株）、住友金屬（株）和新日鐵（株）。川崎制鐵（珠）已經研製和生產了一系列冷軋連續退火的熱處理雙相鋼（定名為CHLY，即冷軋高強度、低屈服點雙相鋼）和熱軋雙相鋼（定名為HHLY，即熱軋高強度、低屈服點雙相鋼）。CHLY系列的雙相鋼用於較薄規格（0.8mm），製作車外門部面板、車頂內半、行李蓋板、車身面板和保險槓；HHLY系列用於較厚規格（2.9mm以上），主要用於沖制保險槓加強體、車輪的輪輻和輪盤等零件。
日本鋼管（株）供應的一系列的熱軋雙相鋼板，定名為NKHA（表示日本鋼管熱軋合金），其抗拉強度在500~800MPa。該公司生產的冷軋雙相鋼定名為NKCA（表示日本鋼管冷軋合金），其抗拉強度在400~1000MPa。採用特殊的淬火回火工藝生產的烘烤硬化雙相鋼定名為NKCA-H。在連續退火生產線上生產的熱軋和冷軋雙相鋼分別定名為NKCA-L和NKHA-L。在這些鋼中，強度級別較高的鋼用於門撞擊橫樑、保險槓加強體，以減薄規格；強度級別較低的鋼用於車身外邊面板、車蓋板、門外部面板等，以改善衝壓成形性和壓痕抗力。
新日鐵（株）成批供應熱軋（SAFH和EGSAFH）和冷軋（SAFC和EGSAFC）雙相鋼，這些鋼提高了汽車零件的壓痕抗力，降低了路面噪聲和汽車總量，從而降低了油耗。該公司供應的雙相鋼有三個強度級別，強度較低的雙相鋼（σb=340~440MPa）用於製造車門外和內板、車身面板、車身後蓋板等。強度中的雙相鋼（σb=490~590MPa）用於製造車身各種框架和其他結構零件。強度較高的雙相鋼（σb=780~980MPa）用於製造汽車中各類安全零件，如框架、抗撞擊梁、彈簧支架、座位方框架、車體裝配支架等。
住友金屬（株）生產供應一系列熱軋（SHXD）和冷軋熱處理雙相鋼（SCXD）。該公司通過改變合金中的碳、矽、錳含量和工藝過程獲得了各種強度水平的雙相鋼板。熱處理工藝一般在連續退火生產線上進行，生產的雙相鋼供給一些汽車廠進行成形、車輪製造及疲勞壽命試驗。
在北美汽車製造行業
1975年美國通用汽車公司開始研究和實制雙相鋼，經過5年左右在一些鋼廠和汽車廠試驗之後，制定了用雙相鋼製造汽車零件（如保險槓、控制臂、輪輞、輪輻等）的技術規範。起初，北美生產的雙相鋼都含有Cr、Mn、Si、V和Mo等提高淬透性的元素。臨界區熱處理是連續熱處理生產線（如不鏽鋼退火生產線，改造的鍍鋅、鍍錫生產線）或批量退火爐中進行的。美國鋼公司、麥克勞斯鋼公司、詹斯拉古林鋼公司等就採用這些生產方法，其典型牌號為VAN-QN50、80、100或GM980X。
美國克里馬克斯鉬公司研究和發展了一種不需要熱處理的雙相鋼（即通過控制終軋溫度、終軋至盤卷的冷卻速度及盤卷溫度獲得所需的雙相組織），取名為ARDP，其性能和普通熱處理雙相鋼相當，但鋼中含有較高的Mn、Si、Ce、Mo等合金元素。美國克里馬克斯鉬公司與美國的其他一些鋼廠（如底特律鋼公司、克里特萊克鋼公司和福特汽車公司煉鋼部）以及加拿大的底法斯科公司已生產了ARDP。
1978年，通用汽車公司開始用雙相鋼製造某汽車零件，如“凱特勒克”牌汽車的前保險槓，“塞奇那”轉向齒輪的軸向軸節加強體，尤其是聯軸節加強體採用雙相鋼後，不僅改善了成形性，而且不再需要熱處理來提高強度。同時通用汽車公司研究得出，彎曲和拉延成形操作可使雙相鋼零件產生最大的強度增量，因此質量可大大減小。例如，用雙相鋼GM980X製造保險槓時，彎角處的屈服強度達到550MPa，質量減輕30%。用GM980X製造輪盤、輪輻時，成形工藝很方便，擴孔和焊接工藝未引起開裂。而普通低合金高強度鋼製造這類零件，很難通過焊接和擴孔操作工序。通用汽車公司和福特汽車公司用雙相鋼製造的輪盤，除質量減少了14%外，疲勞壽命為普通碳鋼的2倍。由雙相鋼製造的客車輪輻，在超過整車試驗載荷50%以上的負載下進行疲勞試驗，壽命完全合格。通用汽車公司和福特汽車公司用雙相鋼製造小汽車發動機罩殼，使板厚從原來的1.8mm減少到0.7mm，並保證了剛度要求。
在歐洲汽車製造行業
在雙相鋼的工業生產方面，歐洲一些主要國家落後於日本和美國。由於受鋼廠的設備條件限制，這些國家對熱軋雙相鋼餓興趣高於熱處理雙相鋼。義大利的特柯賽德、法國的尤西諾、德國的霍斯奇，英國的BSC和GKN等公司在雙相鋼的研究、發展和生產方面都已取得進展，並試製和生產了一些板材供許多汽車嘗進行零件成形試驗。
義大利的熱柯賽德鋼公司已試製和生產了Mn-Si-Cr-Mo熱軋雙相鋼和Mn-V熱處理雙相鋼，其牌號分別為HS55-25Dual和HF500Dual，並且已用熱軋雙相鋼製成菲亞特（Fiat）131汽車車輪（板後3.5mm），用1mm厚的熱處理雙相鋼製成AI-FA汽車的擋風板和加強體構件。其車輪實物疲勞試驗由普通碳鋼的循環次數65000次提高到雙相鋼HS55-25Dual的420000次，即疲勞壽命提高可將近7倍。熱普通低合金高強度鋼HS40-30VAD製造的車輪，其實物疲勞強度僅為280000次，遠低於雙相鋼。
索可科公司生產的各種規格的熱軋Si-Cr-Mo雙相鋼，已在歐洲個汽車廠進行成形性評價和試驗。該公司在熱軋Si-Cr-Mo雙相鋼中加入少量稀土或鋯，以控制夾雜物的形狀；其具體成分依據軋制工藝、零件的厚度、形狀和用途而定。
法國尤西諾鋼公司研究了化學成分（Mn、Si、Mo、Cr、Al和B等）以及工藝參數（終軋溫度、冷卻速率、盤卷溫度等）對雙相鋼性能的影響，確定了熱軋雙相鋼的合理成分和工藝參數，並試製了定名為Usilinght80的熱軋雙相鋼。現已用這種熱軋雙相鋼板製造汽車車輪和其他各種複雜形狀的衝壓構件。前聯邦德國霍斯奇公司試製了類似於克里馬克斯鉬公司的ARDP雙相鋼，並用於製造汽車車輪，其成形性和疲勞壽命試驗都令人滿意。
英國不僅對雙相鋼的變形和加工硬化特性、縮頸和斷裂抗力、延性斷裂機制以及改善延性斷裂抗力的途徑等基礎理論進行了研究，而且對雙相鋼的生產工藝、合金成分和性能進行了各種試驗。例如，Anelli等人進行了各種鉬含量的熱軋雙相鋼的工藝和性能試驗，測定了各種合金含量的Mn-Si-Cr-Mo-B系的未變形奧氏體的轉變特性，完成了實驗室模擬試驗，找出了適合於工業生產的不含鉬的熱軋雙相鋼的成分和工藝，降低了熱軋雙相鋼的價格。BSC公司在寬、窄軋機上試製了熱軋雙相鋼，並對合金元素對熱軋和熱處理雙相鋼性能的影響進行了研究，選定了兩種更經濟和更有效的合金成分進行工業試製。
瑞典在進行雙相鋼性能研究的同時，引進了日本的連續退火生產線，進行熱處理雙相鋼的試製和生產。目前瑞典SSAB公司高強度雙相鋼的生產和套用在世界上頗具特色。總之，歐洲大多數鋼廠和汽車廠都積極參加了雙相鋼的研究、試製和性能評價。目前，雙相鋼在歐洲的生產和套用亦將迅速增長。尤其是米特爾-阿塞羅公司和蒂森公司生產的雙相鋼已在歐洲一些著名汽車廠中的名牌汽車上廣泛套用。
