双相钢s22053和S2205 的区别是什么

2205双相不锈钢管可以做海水冷却器管吗

答：不能，用316L,或钛金属。2205双相钢管综合了铁素体和奥氏体最有益的性能，具有很好的抗氯离子应力腐蚀开裂，是由21%铬,2.5%钼及4.5%镍氮合金构成的复式不锈钢，它的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，这一特性使设计者在设计产品时减轻重量.

S31803属于双相不锈钢。22% 铬双相 (奥氏体/铁素体) 钢 (2205 型)，具有中等强度至高强度和良好的抗普通腐蚀/应力、腐蚀/开裂的能力。

该合金具有耐受抗氯化物环境和硫化物应力腐蚀的能力，强度大约是标准奥氏体不锈钢强度的两倍。要求更高的机械强度/更轻的重量时，该合金可成功用作 300 系列奥氏体不锈钢的替代物。F51 易于使用许多标准电弧焊设备进行焊接，但是不推荐用于氧乙块焊接，因为可能会出现焊接金属的增碳现象。

A790 S220#5-W(10% RT)：是ASTM A790双相钢管标准，-W应该表示的是焊接管，括号中也证实10%射线探伤了。

双相钢UNS S32750/2507

 S32750国际通称：

SAF 2507、UNS S32750、NAS 74N、F53、W.-Nr. 1.4410

 S32750执行标准：

ASTM A240/ASME SA-240、ASTM A276、ASTM A182/ASME SA-182、ASTM A312/ASMES A312

 S32750物理性能：

S32750双相钢密度：8.03g/cm3， 熔点：1300-1390 ℃

 S32750热处理：

1000-1052℃之间保温1-2小时，快速空冷或水冷。

 S32750机械性能：

抗拉强度：σb≥795Mpa，屈服强度σb≥550Mpa：延伸率：δ≥15%，硬度≤310（HB）

 S32750耐腐蚀性及主要使用环境：

2507双相钢的较高的铬及钼含量使其对有机酸如甲酸、乙酸等具有较强的抗整体腐蚀的能力。2507双相钢对无机酸尤其是那些包含氯化物的无机酸也具有较强的抗腐蚀能力。和904L相比，2507双相钢对稀释的混有氯离子的硫酸具有更强的抗腐蚀能力。904L是奥氏体状态的合金，专用于抗纯硫酸腐蚀。316L不能用于盐酸环境中，它可能会遭到局部腐蚀或整体腐蚀。2507双相钢用于稀释的盐酸环境里，具有较强的抗点腐蚀及抗隙腐蚀能力。

 S32750配套焊接材料及焊接工艺：

2507双相钢的焊接选用ER2594焊丝和E2594焊条。

 S32750应用领域有：

石油天然气工业设备；

离岸平台、热交换器、水下设备、消防设备；

化学加工工业、器皿与管道业；

脱盐、高压RO设备及海底管道；

能源工业如电厂脱硫脱硝FGD系统、工业洗刷系统、吸收塔；

机械部件(高强度、抗腐蚀、耐磨部件)。

 S32750主要规格：

S32750无缝管、 S32750钢板、 S32750圆钢、 S32750锻件、 S32750法兰、 S32750圆环、 S32750焊管、 S32750钢带、 S32750直条、 S32750丝材及配套焊材、 S32750圆饼、 S32750扁钢、 S32750六角棒、 S32750大小头、 S32750弯头、 S32750三通、 S32750加工件、 S32750螺栓螺母、 S32750紧固件

篇幅有限，如需更多更详细介绍，欢迎咨询了解。

二：化学成分：

C≤0.030 Mn≤2.00 Si≤1.00 p≤0.030 S≤0.020 Cr 22.0～23.0 Ni 4.5～6.5 Mo3.0～3.5 N0.14～0.20

三：应用范围应用领域：常年现货库存 圆棒 板材 无缝管 卷带！

压力器皿、高压储藏罐、高压管道、热交换器(化学加工工业)。 石油天然气管道、热交换器管件。 污水处理系统。 纸浆和造纸工业分类器、漂白设备、贮存处理系统。 高强度耐腐蚀环境下的回转轴、压榨辊、叶片、叶轮等。 轮船或卡车的货物箱 。食品加工设备

四，物理性能

2205密度：7.98g/cm3， 熔点：1300-1390 ℃，磁性：无 热处理：1000-1050℃之间保温1-2小时，快速空冷或水冷

五：概况

2205双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，这一特性使设计者在设计产品时减轻重量，让这种合金比316，317L更具有价格优势。这种合金特别适用于-50°F/+600°F 温度范围内。超出这一温度范围的应用，也可考虑这种合金，但是有一些限制，尤其是应用于焊接结构的时候。

UNS S31803是中合金型双相不锈钢，PREN值为32-33，其耐蚀性能介于AISI 316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。

双相钢由马氏体、奥氏体或贝氏体与铁素体基体两相组织构成，由低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得，典型的双相钢屈服强度σs为310MPa，拉伸强度σb为655MPa。双相钢用于制造冷冲、深拉成型的复杂构件，也可用作管线钢、链条、冷拔钢丝、预应力钢筋等。

材料特点

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。

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著变坏。

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。

参考资料来源：百度百科-双相不锈钢

参考资料来源：百度百科-双相钢

F51属于双相不锈钢

双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，这一特性使设计者在设计产品时减轻重量，让这种合金比316，317L更具有价格优势。这种合金特别适用于-50°F/+600°F 温度范围内。超出这一温度范围的应用，也可考虑这种合金，但是有一些限制，尤其是应用于焊接结构的时候。

标准

ASTM/ASME...........A240 UNS S32205/S31803

EURONORM...........1.4462 X2CrNiMoN 22-5-3

AFNOR...................Z3 CrNi 22.05 AZ

DIN.........................W. Nr 1.4462

化学成分：C≤0.030 Mn≤2.00 Si≤1.00 p≤0.030 S≤0.020 Cr 22.0～23.0 Ni 4.5～6.5 Mo3.0～3.5 N0.14～0.20(奥氏体-铁素体型）

应用领域

压力器皿、高压储藏罐、高压管道、热交换器(化学加工工业)。

石油天然气管道、热交换器管件。

污水处理系统。

纸浆和造纸工业分类器、漂白设备、贮存处理系统。

高强度耐腐蚀环境下的回转轴、压榨辊、叶片、叶轮等。

轮船或卡车的货物箱

食品加工设备

抗腐蚀能力

均匀腐蚀

由于铬含量（22%），钼（3%）及氮含量（0.18%）,抗腐蚀特性在大多数环境下优于316L和317L。

局部抗腐蚀

双相不锈钢中铬、钼及氮的含量使其在氧化性及酸性的溶液中, 对点腐蚀及隙腐蚀具有很强的抵抗能力。

抗应力腐蚀

不锈钢的双相微观结构有助于提高不锈钢的抗应力腐蚀龟裂能力。在一定的温度、应张力、氧气及氯化物存在的情况下,奥氏体不锈钢会发生氯化物应力腐蚀。由于这些条件不易控制，因此304L、316L和317L的使用在这方面受到限制。

抗腐蚀疲劳

双相钢的高强度及抗腐蚀能力使其具有很高的抗腐蚀疲劳强度。加工设备易受腐蚀环境和加载循环的影响，特性非常适合这样的应用。

刘晓丹1，2 陶兴华1 牛新明1

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；

2.中国石油大学，北京 102249）

摘 要 本文在前人研究分析可膨胀实体管材料特性的基础上，结合现场需求，着力进行了膨胀波纹管不同材料成分与使用性能要求匹配性研究。从材料微观角度分析了制约膨胀波纹管强度提高的关键因素，提出了膨胀波纹管材料成分控制要求。据此，分析了铁素体－马氏体双相钢材料用于加工制造膨胀波纹管的适用性和优越性。这对进一步探索膨胀波纹管新型适用材料具有重要启发意义，也为下一步拓展膨胀波纹管的应用范围做好了基础准备。

关键词 膨胀波纹管 材料 化学成分 力学性能 双相钢

Analysis of Expandable Corrugated Liner Materials Properties

and Exploration of New Applicable Materials

LIU Xiaodan1，2，TAO Xinghua1，NIU Xinming1

（1.Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Beijing 100101 ，

China；2.China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract Based on the former studying of solid expandable tubular materials and combined with the need on cite，the relationship between the composition and performance of the expandable corrugated liner materials were specifically studied in this paper.The key factors restricting the strength increasing for the expandable corrugated liner were analyzed.At the same time the paper also gave out how to control the material composition so as to get higher casing strength.Accordingly，it also demonstrated the applicability and advantages of ferrite－martensite dual phase steels using in the manufacture of expandable corrugated liner.As a result，it would be benefit for further exploration of the new applicable materials.It also prepared for the widely use of the expandable profile liner.

Key words expandable corrugated liner；materials；chemical composition；mechanical properties；dual phase steel

膨胀波纹管技术是俄罗斯石油工程领域最先兴起的套管补贴技术之一。管体截面呈波纹状或梅花瓣状。采用圆形管材进行冷压加工处理，以减小管截面外径尺寸，确保作业期间通过上层套管或裸眼下入目标层段，再通过液压和机械膨胀，恢复成圆管，达到修复外层损坏套管提高地层承压能力和封堵复杂地层的目的［1］。随着膨胀波纹管技术应用领域的逐步拓展，需要研制出高强度、高塑性、高稳定性的膨胀波纹管。分析认为管体材料是影响膨胀波纹管强度性能的重要因素之一。本文从材料成分与性能要求之间的匹配性研究入手，通过分析膨胀波纹管材料主控因素，研究关键因素之间的相互影响关系，进而给出了膨胀波纹管材料选择的基本原则。据此，初步探索了铁素体－马氏体双相钢用于加工制造膨胀波纹管的适用性。为进一步探索膨胀波纹管新型适用材料提供借鉴和参考，启发新的研究思路。

1 膨胀波纹管材料性能及成分控制分析

截至目前，膨胀波纹管工程应用方面有了较大发展，但仍无法满足复杂地质和工程环境下石油勘探和开发的需要。因受选材范围、焊接工艺、加工成型设备等因素限制，难以获得更高性能的膨胀波纹管。为此，需要从膨胀波纹管加工成型及施工工艺角度分析其性能要求，提出材料成分控制的要求。

1.1 膨胀波纹管材料特性分析

国内膨胀波纹管目前采用圆管冷压成型，下入目标层后需要通过水力和机械方式膨胀为圆管。为此，其管体材料应满足以下几点要求：(1)具有良好的塑性变形能力；(2)较高的抗拉强度；(3)较低的屈服强度；(4)较高的加工硬化指数。此外，因膨胀波纹管需要在施工现场进行焊接，要求管材具备良好的野外焊接性能，资料分析表明，需要将C当量控制在0.46％之内［2］，因此，在目前施工工艺条件下，膨胀波纹管材料一般选用低合金高强度钢或微合金钢［3］。细晶强化是低合金高强度钢和微合金钢的主要强化手段。具体方法为：在合金化方面是以少量强碳化物形成元素Nb、V、Ti等进行微合金化；成形加工技术主要有：(1)由控制终轧温度和轧后冷却速度等途径来细化奥氏体再结晶晶粒和冷却后的铁素体晶粒；(2)由循环热处理达到晶粒超细化；(3)快速奥氏体化多级热处理等。晶粒细化的强化效果可以用Hall－Petch方程表示［4］：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

式中：σy为屈服应力；σ0为晶格摩擦力；K为常数；d为晶粒直径。

根据对低碳钢的试验结果，晶粒细化会使加工硬化指数n降低，其关系为：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

由此表明，通过晶粒细化提高了材料强度，也同时提高了材料的屈强比，降低了材料的加工硬化指数。根据上述膨胀波纹管特殊的性能要求，在材料化学成分以及管材轧制和热处理等工艺过程中，需要严格控制，确保将管材性能控制在合理的范围内。

1.2 膨胀波纹管材料成分控制要求

基于上述膨胀波纹管材料特殊性能的分析认为，合理控制波纹管管材成分是达到控制其性能要求的关键因素。如上所述，膨胀波纹管材料一般采用低合金高强度钢或微合金钢，含碳量一般控制在0.2％之内，此时，钢管韧性好，延伸率高，适于冷压成型。从微观角度分析，锰是弱碳化物形成元素，少数溶于渗碳体，大部分溶于铁素体中，对铁素体的固溶强化作用较为明显，能提高钢的强度，削弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，降低材料屈强比。当锰含量较低（一般是小于1％～1.5％）时，随着锰含量增加，钢的冲击韧性提高；当锰含量大于1％～1.5％时，冲击韧性随锰含量增加显著降低。此外，过高的锰含量会提高钢的冷裂纹敏感指数，降低焊缝韧性［3］。碳含量在0.2％之内时，锰含量在1％～2％范围内，对钢的焊接性能不会造成显著影响。因此，膨胀波纹管材料中锰含量应尽量控制在2％范围内。硅是固溶强化作用较明显的元素，可通过提高材料中的Si含量来降低材料的屈强比，但过高的硅含量会显著降低钢的焊接性能，因此，Si含量也需要控制在一定范围内。此外，还可通过添加适量的Cr、Mo等合金元素提高钢的淬透性，降低钢的屈强比。S和P为钢中有害杂质元素，其降低钢的延展性和韧性，恶化焊接性能，需要将钢中S、P含量控制在较低的范围内。

2 双相钢用于制造膨胀波纹管的适用性分析

2.1 双相钢材料的优越性及应用

双相钢具有良好的强塑性匹配及冷变形性能。与通常使用的低合金高强度钢相比，在相同强度级别条件下，双相钢具有较低的屈强比、较高的延伸率和很高的加工硬化率。这些特点使其具有良好的加工成形性能，特别适用于冷拔、冷轧、冷冲压等冷加工成型［5］。双相钢与常规低合金高强度钢相比，抗拉强度高，屈强比低，没有明显的屈服平台。这是因为一般低合金高强度钢由铁素体、珠光体以及铁素体内碳化物、氮化物沉淀等组成，其强化机制一般都是基于阻碍位错运动的固溶强化与细晶强化，从而导致屈服强度较高，并且具有明显的屈服平台。对于双相钢，在双相区部分奥氏体化过程中，C、Mn等合金元素向奥氏体中聚集，铁素体成为纯净基体，奥氏体转变为马氏体后，体积膨胀3％～8％，在马氏体－铁素体交界面附近诱发大量高密度的可动位错，这些可动位错在低的外加应力作用下便可以运动，引起材料屈服，而强韧马氏体的存在，可以协调塞积端的应力集中，因而双相钢表现出低屈服与连续屈服的特征。此外，双相钢合金含量较低，因而具有良好的焊接性能。同时，双相钢的生产工艺简单，成本低廉，作为可膨胀波纹管的材料具有广阔的发展空间。

双相钢因其优越的力学性能，目前已经引起了石油工程科研人员的浓厚研究兴趣。2007年，Yamazaki等发表了利用双相无缝钢管作为实体膨胀管的美国专利，专利中对热轧无缝钢管采用常规热处理或双相热处理工艺［6］。表1为试验用钢管化学成分，表2为经过不同热处理工艺后试验钢管的显微组织和力学性能。从表2可以看出，对化学成分相同的钢管分别进行双相热处理和常规热处理后，经双相热处理的钢屈强比降低，均匀延伸率和断后延伸率提高。

表1 试验用钢化学成分质量分数

表2 试验钢管力学性能

图1 双相热处理工艺示意图

2.2 双相钢直焊缝膨胀波纹管

由于直缝焊管与无缝钢管相比具有壁厚均匀、椭圆度高等特点，在结构上更加适合制造成膨胀波纹管。从已有的报道了解到，目前获得双相钢直缝焊管有两种生产工艺。一种工艺是利用双相钢薄板直接卷曲焊接成钢管，该工艺中卷曲成圆管后需要焊接，焊接过程中因受热将使焊接热影响区的组织发生改变，导致机械性能发生变化，焊接区强度提高而塑性降低，焊管周围的组织和力学性能不连续。此外，钢板卷曲成管的塑性变形过程不仅会对焊管产生加工硬化作用，使焊管与原板材相比均匀延伸率降低，而且变形过程中产生的残余应力也会对焊管的性能造成不利影响。另外一种工艺是利用普通的铁素体－珠光体钢薄板焊接成薄壁管后进行热处理，以获得双相组织。E.J.Pavlina等利用后一种工艺成功地开发出了具有铁素体－马氏体的双相钢管。在试验中，作者首先将1019（Fe －0.19C）合金薄板（显微组织为铁素体－珠光体）卷曲焊接成薄壁管，外径尺寸为44.5 mm，壁厚为1.6mm；然后将钢管进行完全退火，之后利用感应线圈将钢管加热到临界温度区，进行等温淬火以获得铁素体－马氏体双相组织。该热处理工艺如图1所示，热处理后钢管焊缝和本体区显微组织如图2所示。分析可知焊接影响区的组织性能与钢管其他部分的组织基本相同。作者还对试制的双相直缝钢管进行了水力膨胀室内试验，当管内水压力达到54.4MPa时钢管本体发生爆破，而焊缝处完好，表明直焊缝处力学性能优于钢管本体［7］。

图2 双相热处理后Fe－0.19C直缝钢管双相组织

2.3 Bauschinger效应影响分析

双相钢与其他组织的低合金高强度钢相比，膨胀过程对材料的Bauschinger效应具有明显的抑制作用。Bauschinger效应的大小与材料的成分、显微组织、强度、塑性变形量等因素有关。为此，Hitoshi Asahi等详细地研究了显微组织对直缝焊管Bauschinger效应的影响［8］。该试验采用热轧法生产外径尺寸为194mm、壁厚为9.6mm的直缝焊管，轧后进行热处理。表3为试验用钢化学成分，表4为经不同工艺生产的直缝焊管的显微组织、 Bauschinger效应比和挤毁压力。分析表明，Bauschinger效应比（钢管1＃、2＃相比差值高达22％）越大表示材料的Bauschinger效应越小。从表4可以看出，相同化学组成的钢管，显微结构为回火马氏体的（4＃）Bauschinger效应最为明显，铁素体－珠光体显微结构次之（2＃），具有铁素体－马氏体双相组织的Bauschinger效应最小。作者还将膨胀20％后的1＃、4＃钢管做了挤毁试验。由于Bauschinger效应小、加工硬化率高等原因，膨胀后，具有铁素体－马氏体双相组织的直缝焊管抗挤强度明显高于显微组织为马氏体的焊管。该试验充分证明具有铁素体－马氏体双相组织的膨胀管受Bauschinger效应影响较小，在膨胀后具有相对较高的抗外挤强度，应用于加工制造膨胀波纹管，对于改善膨胀工艺性能、提高膨胀后波纹管管体强度具有重要价值。

表3 试验用钢化学成分质量分数

表4 直缝焊管显微组织和力学性能

3 结论

1）根据膨胀波纹管加工和使用过程的特殊要求，其管体材料要求具有较高的抗拉强度和塑性变形能力、较低的屈服强度、较高的加工硬化指数、良好的焊接性能。其中焊接性能是影响膨胀波纹管材料综合性能提高的关键因素之一。

2）根据膨胀波纹管性能要求，膨胀波纹管管材碳含量一般需要控制在0.2％以内，Mn含量控制在2％以内，S和P含量控制在较低范围内。

3）铁素体－马氏体双相钢符合膨胀波纹管材料化学成分与力学性能的要求。可以对普通热轧钢管通过临界区热处理的方法获得铁素体－马氏体双相组织。

4）铁素体－马氏体双相钢管与普通钢管相比具有屈强比低、均匀延伸率高、膨胀后抗外挤强度高等优点。双相钢作为膨胀波纹管材料具有广阔的应用前景。

参考文献

［1］陶兴华，马开华，吴波，等.膨胀波纹管技术现场试验综述及存在问题分析［J］.石油钻探技术，2007，35（4）：63 ～66.

［2］周振丰.焊接冶金学（金属焊接性）［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［3］李郑.合金元素对高强度管线钢埋弧焊缝组织性能的影响［J］.热加工工艺，2011，40（17）：12 ～14.

［4］哈宽富.金属力学性质的微观理论［M］.北京：科学出版社，1983.

［5］马鸣图，吴宝榕.双相钢——物理和力学冶金［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［6］Yamazaki Y，Miyata Y，Kimura M，et al.Seamless expandable oil country tubular goods and manufacturing method thereof［P］.United States Patent Application Publication：US 2007/0116975 Al，2007－05－24.

［7］Pavlina E J，Vantyne C J，Herel K.Hydraulic bulge testing of dual phase steel tubes produced using a novel processing route［J］.Journal of Materials Processing Technology，2008，201，242～246.

［8］Asahi H，Tsuru E.Steel plate of steel pipe with small occurrence of bauschinger effect and methods of production of same［P］.United States Patent Application Publication：US 2008/0286504 Al，2008－11－20.