00Cr22Ni5Mo3N
出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第742页（6181字）
瑞典继开发了3RE60双相不锈钢之后，又针对油气工业管线用材首先开发出了SAF2205钢，纳入了ASTM A789，A790，A240，A276等标准，美国牌号为UNS S31803；20世纪80年代以后，各国相继开发类似钢种，并纳入标准。德国有W－Nr．1．4462，DIN X2CrNiMoN2253，法国有Z2CND22－05－03，瑞典有SS2377，英国有BS 318S13等。SAF 2205钢自70年代后期开始用于油气管线，这是最早使用在这方面的双相不锈钢，为了改进相的平衡和避免有害相的析出，近年从UNS S31803钢又派生出UNSS32205，后者具有更窄的区间，ASTM专门为这两个钢制订了冶金产品有害金属间相的检验标准(ASTM A923－98)。中国在20世纪80年代也开始研制相当SAF 2205钢的00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢，它在中性氯化物溶液和H2S中的耐应力腐蚀性能优于304L、316L奥氏体不锈钢及18－5Mo型双相不锈钢。可进行冷、热加工及成型，焊接性良好，该钢适用作结构材料，是目前世界在双相不锈钢中应用最普遍的牌号。
(1)化学成分和显微组织
00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢及各国类似钢的化学成分见表4－24。
表4－24 00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢化学成分(%)
①取自ASTM A240／240M－99a。
00Cr22Ni5Mo3N钢在固溶状态(1020～1100℃水冷)下铁素体数量约为40%～50%，随着温度的升高铁素体量逐渐增加，并且晶粒成等轴状，至1300℃时此钢仍保留一定量的γ相。钢在350～975℃范围加热后有Cr2N、σ、χ和α′相的析出。
(2)力学性能
表4－25、表4－26分别列出00Cr22Ni5Mo3N钢的室温及高温力学性能。
表4－25 00Cr22Ni5Mo3N钢室温力学性能
表4－26 00Cr22Ni5Mo3N钢高温力学性能
SAF 2205钢的脆性温度区间见图4－21。该图仅示出了σ、x等脆性相对AK值的影响。钢的脆性转变温度曲线(DBTT)见图4－22，以上二图都是V型缺口的冲击试样的试验结果。
图4－21 SAF 2205钢的脆性温度区间
图4－22 W－Nr．1．4462钢的脆性转变温度曲线
1－纵向试样；2－横向试样
(3)耐蚀性
a．点蚀 00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢与Cr18型双相不锈钢及奥氏体不锈钢耐点蚀当量值对比见表4－27。在3%NaCl+5%H2SO4，35℃介质中的点蚀电位列于表4－28，在FeCl3溶液中的点蚀率列于表4－29，在3%NaCl溶液中的点蚀电位同溶液温度的关系见图4－12。
表4－27 几种钢的耐点蚀当量值的对比
表4－28 几种钢在3%NaCl+5%H2SO4，35℃介质中的点蚀电位值，mV(SCE)
注：扫描速度为20mV／min。
表4－29 几种钢在FeCl3溶液中的点蚀率，g／m2·h
图4－23为SAF 2205钢按ASTM G48A标准，在6%FeCl3溶液中经24h试验后得出的临界点蚀温度(CPT)值。
图4－23 三种钢在6%FeCl3溶液中(24h)的CPT值
904L－00Cr20Ni25Mo4．5Cu；25Cr双相钢－25Cr－3Mo－0．2N
在300mV电位下作出的CPT值与氯离子含量的关系图如图4－2所示。SAF2205双相不锈钢具有比SAF 2304双相不锈钢和304L、316L奥氏体不锈钢更佳的耐点蚀安全性。这些试验结果与在中性充气水溶液中的实际使用经验是一致的，低的氧含量会提高CPT值，但若有缝隙存在，则会在低于CPT值的温度下诱发局部腐蚀。
b．缝隙腐蚀 在10%FeCl3·6H2O溶液中，00Cr22Ni5Mo3N钢的缝隙腐蚀试验结果列于表4－30。
表4－30 几种钢的缝隙腐蚀失重试验结果／g
图4－24为SAF 2205钢按ASTM G48B标准，在6%FeCl3溶液中经24h试验后得出的临界缝隙腐蚀温度(CCT)值。
图4－24 三种钢在6%FeCl3溶液中(24h)的CCT值
d．应力腐蚀 00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢是继00Cr18Ni5Mo3Si2双相不锈钢之后的耐中性氯化物的应力腐蚀钢种。在45%MgCl2沸腾通气溶液中恒载荷的应力腐蚀破裂试验结果见图4－14。在40%CaCl2、100℃通气溶液中恒载荷的应力腐蚀破裂试验结果见图4－15。SAF 2205钢有很好的耐SCC性能，尽管外加应力已超过0．9σh值，500h试验后仍未发现SCC。
表4－31为00Cr22Ni5Mo3N钢在不同溶液中的应力腐蚀破裂试验结果。
表4－31 在不同溶液中00Cr22Ni5Mo3N钢与其他钢种初始产生SCC时间(h)
采用恒变形U形弯曲试样，在含氧和氯离子的高温高压水条件下，经1000～2000h试验后，SAF 2205钢的SCC试验结果见图4－25。
图4－25 SAF 2205钢在含O2和Cl－的高温高压水中的SCC试验结果
(试验时间1000～2000h；压力：10MPa；O2：6．8－10ppm；pH：4．5～5．9；外加应力：SAF 2205为400MPa，3RE60为300MPa，304为136MPa)
根据上图高压釜中的试验结果，得出SAF 2205钢在含有100ppmCl－的高温高压水中的开始应力腐蚀破裂的临界温度为Tcrit≈200℃，在更低氧的情况下此值还能提高，在更高应力水平或介质中含有H2S时，此值会降低。
图4－26为SAF 2205钢与常用奥氏体不锈钢不产生SCC的氯离子浓度和温度的应用范围，这是实验室数据，可供实际使用参考。
图4－26 SAF 2205钢的耐SCC性能
［介质：50g／L NaCl(－－) 292g／L NaCl(－)；气相：CO2 2MPa H2S(室温)；试样形状：C形环(100%a0．2］
W－Nr．1．4462(X2CrNiMoN2253)钢在H2S中的应力腐蚀破裂(HSCC)行为如图4－27所示，曲线之上产生HSCC，曲线之下耐HSCC。
图4－27 X2CrNiMoN2253钢(固溶态)的HSCC与H2S分压和温度的关系
［介质：50g／L NaCl(－－)和292g／L NaCl( )；气相：CO2 2MPa H2S(室温)；试样形状：C形环(100%σ02］
NACE MR0175－95规范(油田设备耐硫化物应力腐蚀破裂的金属材料规范)中包括SAF 2205双相不锈钢，照此技术规范SAF 2205固溶态的锻件只要硬度HRC＜28是允许采用的；在H2S分压小于0．002 MPa(0．3psi)的酸性环境中，固溶态和冷加工态的SAF 2205钢只要满足σ0．2＜1100MPa(160ksi)和HRC＜36的性能条件则可以在＜232℃的温度下使用。
e．晶间腐蚀 00Cr22Ni5Mo3N钢具有良好的耐晶间腐蚀性能。表4－32列出了不同温度的高温敏化对钢的晶间腐蚀倾向影响，并与00Cr18Ni5Mo3Si2钢进行对比。00Cr22Ni5Mo3N钢即使加热到1300℃，保温2h水冷也无晶间腐蚀倾向。
表4－32 高温敏化处理对00Cr22Ni5Mo3N钢及00Cr18Ni5Mo3Si2钢晶间腐蚀倾向的影响
注：①检验方法采用GB 4334．5(CuSO4+H2SO4+Cu屑，24h，沸腾)；
②“水”为水冷，“空”为空冷，“无”为无晶间腐蚀，“裂”为有晶间腐蚀。
f．均匀腐蚀 在大多数介质中00Cr22Ni5Mo3N钢的耐均匀腐蚀性能均优于304L钢和316L钢。图4－28、图4－29为SAF 2205钢在H2SO4和HCl中的等腐蚀图。在含有不同浓度甲酸的50%HAC介质中，SAF 2205钢的腐蚀速率见图4－30，在含HF和氯离子的磷酸中的腐蚀速率见图4－31。
图4－28 SAF 2205钢在H2SO4中等腐蚀图
(曲线表示腐蚀速率为0．1mm／a)
图4－29 SAF 2205钢在HCl中的等腐蚀图
(曲线表示腐蚀速率为0．1mm／a)
图4－30 SAF 2205钢在含有不同浓度甲酸的50%HAC沸腾溶液中的腐蚀速率
(试验时间为1+3+3d)
(4)物理性能
见表4－84至表4－88。
(5)焊接性能
00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的焊接性能良好，热裂纹倾向低，脆化倾向小。适宜采用SMAW、GTAW、GMAW和SAW法进行焊接；采用GTAW法焊接时需填丝；一般不需焊前预热和焊后热处理。为使焊缝和焊接HAZ能有合适的奥氏体数量以保证焊缝和接头有满意的力学与耐腐蚀综合性能，焊接时必须注意线能量和层间温度。SAF 2205与SAF 2304钢使用的是相同的焊丝和焊条，化学成分见表4－6。在非常苛刻的介质中使用SAF 2205高耐蚀的焊接件时，要求采用焊接超级双相不锈钢SAF 2507时使用的25．10．4L、25．10．4LR和25．10．4LB焊丝和焊条。
图4－31 W－Nr．1．4462钢与其他不锈钢在含HF磷酸，100℃中的腐蚀速率(试验时间为24h)
(a)52%P2O5+4%H2SO4+1%Fe3++0．5%HF；(b)52%P2O5+4%H2SO4+1%Fe3++0．5%HF+500ppmCl－；1．4429－316LN；1．4438－317L
SAF 2205钢与异种钢焊接时使用的焊接材料见表4－33。
表4－33 SAF 2205钢与异种钢焊接时使用的焊接材料
注：904L－00Cr20Ni25Mo4．5Cu；Sanicro28－00Cr27Ni31Mo3．5Cu；254SMO；00Cr20Ni18Mo6CuN
(6)冷、热加工性能
用于不锈钢的成型操作同样也适用于00Cr22Ni5Mo3N钢种，但像深冲、深拉、旋压等冷成型要比奥氏体不锈钢困难。一般冷变形超过10%，需要固溶退火处理。
SAF 2205钢既可冷弯也可热弯，冷弯后一般不需热处理，但是当弯曲超过20%变形量或使用条件有产生应力腐蚀危险时，则应采用固溶退火处理。热成型如热弯应在1150～950℃温度范围内进行，低于950℃会进入σ相脆性范围，热成型后应进行固溶退火处理。
固溶退火制度为1020～1100℃加热快冷，此也可用于消除应力处理，在特殊情况下也可采用550～600℃消应处理。
(7)用途
00Cr22Ni5Mo3N钢是在所有双相不锈钢中应用最多的一个钢种，应用范围十分广泛，主要用在酸性油、气井生产，还有炼油、纸浆、化工、化肥以及石油化工等领域，大多数用其制造热交换器、冷凝冷却器等易产生点蚀和应力腐蚀的受压设备，许多情况是用来代替304L、316L奥氏体不锈钢。近年海上化学产品储罐运输船是双相不锈钢的最大用户，消费量约占双相不锈钢热轧板产量的50%。如今2205钢已取代316L和317L钢，成为海上化学产品运输船储罐的标准用材。中国2001年建造的第一条船已下水使用，2205钢板的消耗量达1400吨。此时，在建筑业，如造桥和做海边道路上的扶栏和灯柱。在建筑基础设施，如做过街天桥的钢筋等。中国采用SAF2205与Q345C复合板已在长江三峡工程中用于冲砂管道、泄洪深孔埋件和衬砌等。