因此，為了獲得良好耐局部腐蝕性能，同時(shí)兼顧成本，新型雙相不銹鋼的研究主要向高N、高Cr、高M(jìn)o而低Ni的趨勢(shì)發(fā)展。

根據(jù)NACE MR 0175/ISO 15156標(biāo)準(zhǔn)，在石油和天然氣行業(yè)中雙相不銹鋼熔焊接頭的奧氏體含量應(yīng)該維持在30%～70%。NORSOK M-601標(biāo)準(zhǔn)推薦雙相不銹鋼管道焊接接頭的奧氏體含量不應(yīng)低于30%。

雙相不銹鋼經(jīng)鑄造、軋制后，由于合金元素?cái)U(kuò)散較充分，鐵素體穩(wěn)定化元素Cr和Mo明顯富集于鐵素體內(nèi)，而奧氏體內(nèi)顯著富集奧氏體穩(wěn)定化元素Ni和N。但是，許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)Ni、Mo等合金元素在電子束焊縫中的鐵素體和奧氏體內(nèi)分配不顯著。焊接過(guò)程可能致使雙相不銹鋼組織發(fā)生枝晶偏析而擾亂其在鐵素體和奧氏體內(nèi)的正常固溶規(guī)律。

基于析出順序和形貌，奧氏體可分為兩種類(lèi)型：一次奧氏體和二次奧氏體，且不同類(lèi)型的奧氏體具有顯著的成分差異。鐵素體首先從高溫液相中析出，并在隨后的冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮螉W氏體。一次奧氏體主要包括晶粒邊界奧氏體、魏氏奧氏體、晶粒內(nèi)奧氏體和部分轉(zhuǎn)變奧氏體，如圖2a所示。

先凝固的鐵素體晶粒邊界處原子排列紊亂、能量高，是奧氏體優(yōu)先的形核位置。晶粒邊界奧氏體不需要太大的溫度過(guò)冷即可形核，因此形成溫度高。隨著冷卻的進(jìn)行，晶粒邊界奧氏體含量逐漸增加，邊界處可以利用的有益形核位置減少，新的晶核就會(huì)從邊界處以側(cè)板條形式向鐵素體晶粒內(nèi)快速生長(zhǎng)，稱(chēng)之為魏氏奧氏體。如果冷卻速度過(guò)快，由于沒(méi)有充足的時(shí)間形核和長(zhǎng)大，魏氏奧氏體形成就會(huì)被抑制。

Badji等報(bào)道了熱軋和固溶處理的雙相不銹鋼中的鐵素體織構(gòu)主要由α-fiber=<110>RD組成，而奧氏體織構(gòu)由軋制織構(gòu)（Brass={011}<112>、Copper={112}<111>）和再結(jié)晶織構(gòu)（Cube={001}<100>）組成，并且鐵素體織構(gòu)強(qiáng)度明顯大于奧氏體。此外，與母材相比，高溫?zé)嵊绊憛^(qū)中奧氏體的Brass={011}<112>取向織構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)移，而鐵素體的{100}〈011〉取向織構(gòu)減小，但{110}<011>取向織構(gòu)增強(qiáng)。

Eghlimi等也報(bào)道了熱軋態(tài)雙相不銹鋼中的鐵素體呈明顯的α-fiber=<110>RD織構(gòu)分布，奧氏體的Cube織構(gòu)表明熱軋過(guò)程中奧氏體已經(jīng)發(fā)生了顯著的再結(jié)晶，但奧氏體的織構(gòu)強(qiáng)度小于鐵素體。

宓小川等同樣認(rèn)為鐵素體織構(gòu)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于奧氏體，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在1000℃軋制時(shí)，鐵素體以形變織構(gòu)和相變織構(gòu)為主，隨著壓下率增大，鐵素體主要變?yōu)樵俳Y(jié)晶織構(gòu)，而奧氏體則以形變織構(gòu)為主。

Karlsson等研究表明晶粒邊界奧氏體的一側(cè)與鐵素體滿(mǎn)足K-S取向，另一側(cè)與鐵素體呈隨機(jī)取向，而大部分魏氏奧氏體與鐵素體符合K-S取向。此外，晶粒內(nèi)奧氏體與鐵素體的取向關(guān)系與晶粒內(nèi)奧氏體的尺寸有關(guān)。

Monlevade等也報(bào)道了晶粒邊界奧氏體至少與相鄰鐵素體的一側(cè)滿(mǎn)足K-S或N-W取向。

Zhang等研究表明高溫?zé)嵊绊憛^(qū)和焊縫金屬中不同類(lèi)型的奧氏體與相鄰鐵素體的取向關(guān)系具有明顯的差異。

Zou等指出隨著Ar保護(hù)氣中O2含量增加，焊縫中滿(mǎn)足K-S取向的晶粒內(nèi)奧氏體也隨之增加。

Michiuchi等采用優(yōu)化的熱加工工藝（3%預(yù)應(yīng)變+967℃固溶處理72 h）在316奧氏體不銹鋼中引入了大量的CSL邊界（86%），顯著提高了材料的耐晶間腐蝕性能。

Shimada等采用預(yù)應(yīng)變和固溶處理的方法在304奧氏體不銹鋼中引入了大量且均勻分布的CSL邊界，破壞了晶粒邊界的連續(xù)性，最終提高了耐晶間腐蝕性能。

Lehockey等基于耐開(kāi)裂的低Σ-CSL邊界提出了預(yù)測(cè)晶間應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的模型。

Eghlimi等報(bào)道了熱軋態(tài)雙相不銹鋼中的奧氏體晶粒主要由小角度晶界和大角度晶界組成，而鐵素體晶粒主要由小角度晶界組成。CSL邊界主要分布于奧氏體晶粒之間，且主要為Σ3孿晶界，而鐵素體的CSL邊界含量較少。焊縫中鐵素體晶粒和奧氏體晶粒主要由小角度邊界組成，且含有極低含量的CSL邊界。

Cr2N和γ2是現(xiàn)代雙相不銹鋼焊接過(guò)程中極易析出的兩種二次相，會(huì)嚴(yán)重惡化焊接接頭的耐局部腐蝕性能。Ramirez等采用熱模擬技術(shù)從晶體結(jié)構(gòu)和邊界特征的角度研究了Cr2N的析出行為，指出Cr2N傾向于在滿(mǎn)足特定取向關(guān)系的γ/δ或δ/δ半共格界面處析出。

Liang等指出Cr2N優(yōu)先在γ/δ相間邊界處析出。Zhang等研究表明實(shí)際焊接過(guò)程中析出的氮化物為六方結(jié)構(gòu)的Cr2N，主要分布于鐵素體晶粒內(nèi)、鐵素體晶粒邊界以及δ/γ2相間邊界。Cr2N析出致使相鄰鐵素體形成貧Cr區(qū)，進(jìn)而引發(fā)局部腐蝕。

但最近Erazmus-Vignal等提出了新見(jiàn)解，他們認(rèn)為Cr2N析出不會(huì)導(dǎo)致貧Cr區(qū)形成，局部腐蝕的產(chǎn)生是由Cr2N溶解形成縫隙并進(jìn)一步加速腐蝕而導(dǎo)致的。因此，Cr2N析出行為及其對(duì)點(diǎn)蝕的影響機(jī)理仍然存在較大爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步研究。

此外，目前業(yè)界對(duì)γ2的析出機(jī)制也尚不明確。Liu等提出γ2的析出機(jī)制與溫度有關(guān)，高溫下γ2析出服從位移機(jī)制，而在較低的溫度下以擴(kuò)散機(jī)制為主。

Garzón等研究了熱循環(huán)對(duì)UNS S32304雙相不銹鋼中γ2的析出動(dòng)力學(xué)和化學(xué)成分的影響，在1050℃再加熱時(shí)γ2含量達(dá)到最大值，并且γ2的元素分布與再加熱溫度有關(guān)。當(dāng)再加熱溫度高于1110℃時(shí)，γ2外層富Cr和N元素而心部貧Cr和N元素，但再加熱溫度低于1000℃時(shí)，γ2內(nèi)的元素分布比較均勻。Nilsson等研究表明，γ2的Cr、Mo和N含量低于一次奧氏體，因此更容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。

此外，γ2與鐵素體滿(mǎn)足K-S取向關(guān)系，相鄰的γ2呈現(xiàn)孿晶特征。γ2的形成還與其他二次相的析出行為緊密相關(guān)。Ramirez等認(rèn)為鐵素體通過(guò)共析轉(zhuǎn)變可分解為γ2和Cr2N、M23C6、σ或χ相。

Zhang等從微區(qū)成分偏析的角度出發(fā)，闡述了γ2與Cr2N的協(xié)助析出行為。Cr2N的析出消耗了周?chē)F素體中的Cr原子，并致使Ni原子在Cr2N與鐵素體邊界處富集，從而為γ2析出創(chuàng)造成分條件，同時(shí)Cr2N能充當(dāng)γ2的異質(zhì)形核基質(zhì)。

另外，γ2在向鐵素體生長(zhǎng)過(guò)程中消耗了鐵素體中的Ni原子，并促使Cr原子在鐵素體與γ2邊界處富集，這種成分偏析促使Cr2N在鐵素體與γ2邊界處再次析出。

雙相不銹鋼表面呈鈍化態(tài)，其腐蝕主要以局部腐蝕為主，不同類(lèi)型的局部腐蝕形貌如圖3所示。

Tsai等對(duì)比研究了2205型雙相不銹鋼在H2SO4/HCl溶液中和HNO3溶液中的活化和鈍化行為。在H2SO4/HCl溶液中，鐵素體和奧氏體均會(huì)發(fā)生活化溶解，但鐵素體的溶解速度更快。而在HNO3溶液中，鐵素體和奧氏體均會(huì)發(fā)生鈍化，但鐵素體更容易鈍化。

近些年，電化學(xué)方法由于其高效、便捷、無(wú)損等優(yōu)點(diǎn)，在材料晶間腐蝕評(píng)估中得到了廣泛應(yīng)用，包括草酸電解法、循環(huán)動(dòng)電位再活化法、掃描參比電極技術(shù)、電化學(xué)阻抗譜法等。

晶間腐蝕常發(fā)生在焊接熱影響區(qū)或經(jīng)敏化處理的不銹鋼中，主要是由富Cr的碳化物、σ、%相沿晶界析出致使晶界區(qū)貧Cr元素而引起的。

向紅亮等對(duì)固溶態(tài)2906型超級(jí)雙相不銹鋼時(shí)效處理發(fā)現(xiàn)，650℃時(shí)效6 h時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)σ相生成，時(shí)效溫度達(dá)到750℃時(shí)組織中σ相最多，隨著溫度的繼續(xù)提高，生成的σ相逐漸減小。

Gong等研究表明σ相析出會(huì)嚴(yán)重惡化雙相不銹鋼的耐晶間腐蝕性能。通過(guò)優(yōu)化焊接工藝和優(yōu)選焊材可抑制焊接過(guò)程中σ和%相析出。

關(guān)于金屬應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)眾多，應(yīng)用較廣的ISO 7539標(biāo)準(zhǔn)給出了多種應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法，包括恒載荷試驗(yàn)、恒位移試驗(yàn)、慢應(yīng)變速率試驗(yàn)等。我國(guó)主要采用的是根據(jù)ISO 7539轉(zhuǎn)化而來(lái)的一系列國(guó)標(biāo)。此外，針對(duì)特定合金制定的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)還有ISO 6957、ISO 9591和ISO 15324。

海底管道是雙相不銹鋼的典型應(yīng)用領(lǐng)域，油氣中的H2S和高濃度的Cl-是導(dǎo)致其應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的關(guān)鍵組分。NACE TM-0177標(biāo)準(zhǔn)提出了在酸性Cl^-溶液中直接通入H2S氣體來(lái)評(píng)估多種材料在拉應(yīng)力協(xié)同作用下應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法。

1993年Tsujikawa等公開(kāi)發(fā)表了采用S2O3^2-作為H2S的替代組分評(píng)估耐蝕合金和低合金鋼在高濃度Cl^-環(huán)境中應(yīng)力腐蝕敏感性的研究成果。針對(duì)2205型雙相不銹鋼，他們提出了采用慢應(yīng)變速率測(cè)試方法評(píng)價(jià)應(yīng)力腐蝕敏感性的測(cè)試條件：

(1) 測(cè)試溶液：0.01或0.1 mol/L S2O3^2-+20% NaCl，pH=4，通入高純Ar或N2除氧；

(2) 溶液溫度：80℃；

(3) 應(yīng)變速率：2×10^-6 s^-1。

在以上測(cè)試條件下，雙相不銹鋼呈現(xiàn)明顯的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特征。雙相不銹鋼應(yīng)力腐蝕機(jī)制主要包括氫致開(kāi)裂、陽(yáng)極溶解、氫致開(kāi)裂和陽(yáng)極溶解共同控制。

Zanotto等通過(guò)在pH=2.7且含0.01 mol/L S2O3^2-的NACE TM-0177溶液中的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)研究了LDX 2101雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕行為。溶液溫度為25℃時(shí)，鐵素體氫致開(kāi)裂是應(yīng)力腐蝕的主導(dǎo)機(jī)制。當(dāng)溶液溫度增加到50℃時(shí)，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂由鐵素體氫致開(kāi)裂和鐵素體選擇性腐蝕共同控制。而在80℃時(shí)，鐵素體選擇性腐蝕是導(dǎo)致雙相不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要因素。

張志強(qiáng)等研究表明UNS S32205雙相不銹鋼在80℃的S2O3^2-/Cl^-環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕由塑性變形和鐵素體選擇性腐蝕二者協(xié)同作用控制。隨著塑性變形的增加，鐵素體首先發(fā)生點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕逐漸發(fā)展并形成貫穿裂紋，貫穿裂紋加速擴(kuò)展最后致使失穩(wěn)斷裂。因此，雙相不銹鋼在含H2S和Cl^-介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)制主要取決于材料和溶液溫度。

張杰等通過(guò)模擬我國(guó)西部酸性油田低H2S，高CO2工況環(huán)境，研究了2205型雙相不銹鋼在不同溫度、不同H2S分壓條件下的開(kāi)裂敏感性，指出2205型雙相不銹鋼在低H2S分壓條件下的開(kāi)裂機(jī)制為氫致開(kāi)裂，當(dāng)H2S分壓從6 kPa增加到165 kPa時(shí)，局部腐蝕緩解了氫脆開(kāi)裂敏感性。

此外，Chou等研究表明雙相不銹鋼氫致開(kāi)裂敏感性與晶粒尺寸緊密相關(guān)，晶粒越細(xì)小，氫致開(kāi)裂敏感性越高。

Yang等對(duì)比研究了應(yīng)力和應(yīng)變對(duì)2205和2507型雙相不銹鋼耐腐蝕性能的影響，結(jié)果表明彈性應(yīng)力對(duì)2205型雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕形貌沒(méi)有顯著影響，但會(huì)減低耐均勻腐蝕性能，而應(yīng)變會(huì)破壞鈍化膜進(jìn)而促使點(diǎn)蝕的產(chǎn)生，而彈性應(yīng)力和應(yīng)變對(duì)2507型雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕和均勻腐蝕性能的影響不顯著。因此，耐應(yīng)力腐蝕性能不僅與材料和溶液溫度有關(guān)，還與應(yīng)力和變形狀態(tài)緊密相關(guān)。

(1) Cr2N和γ2是雙相不銹鋼熔煉或焊接過(guò)程中極易析出的兩種有害的二次相。Cr2N和γ2析出動(dòng)力學(xué)機(jī)制是優(yōu)化合金成分、控制雙相不銹鋼熔煉和焊接工藝參數(shù)以抑制Cr2N和γ2析出的重要理論基礎(chǔ)，也是目前尚未解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。將來(lái)擬采用先進(jìn)的組織表征技術(shù)和熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)/亞穩(wěn)態(tài)理論，深入分析Cr2N和γ2的析出行為，依據(jù)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)理論，研究Cr2N和γ2的析出動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

(2) 雙相不銹鋼的耐局部腐蝕性能主要由弱相的耐局部腐蝕性能、Cr2N和γ2等二次相析出情況、微觀偏析以及夾雜等因素共同決定，從而揭示雙相不銹鋼熔煉或焊接過(guò)程中局部腐蝕產(chǎn)生的主導(dǎo)、協(xié)助、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制是一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。將來(lái)擬融合材料學(xué)、腐蝕科學(xué)等多學(xué)科理論與技術(shù)，充分考慮元素分布、微結(jié)構(gòu)尺度效應(yīng)、表/界面特征與環(huán)境的協(xié)同作用等多方面影響因素，揭示組織特征與局部腐蝕萌生和擴(kuò)展行為之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。