熱處理2507雙相不銹鋼對(duì)組織和性能的影響

雙相不銹鋼是指固溶性組織中含有鐵素體和馬氏體的不銹鋼，較少的相位含量應(yīng)達(dá)到30%以上。一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)相位的比例分別占一半是合適的。通過(guò)正確控制化學(xué)成分和選擇合理的熱處理方法，考慮到奧氏體不銹鋼的優(yōu)異韌性和焊接性能，以及鐵素體不銹鋼的高強(qiáng)度和耐氟化物晶間腐蝕性能。雙相不銹鋼因其優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于石油、化工、船舶和海底管道。

自上世紀(jì)30年代以來(lái)，雙相不銹鋼已經(jīng)發(fā)展了三代。20世紀(jì)60年代中期瑞典開(kāi)發(fā)的第一代雙相不銹鋼RE以60鋼為代表，其特點(diǎn)是極低碳，鉻含量為18%。20世紀(jì)70年代，第二代雙相不銹鋼歸功于二次精煉技術(shù)AOD和VOD隨著方法的出現(xiàn)和普及，超低碳鋼更容易獲得(C≤0.03%)。與此同時(shí)，鋼中加入了氮，使其耐腐蝕性與304不銹鋼相當(dāng)，其強(qiáng)度是304不銹鋼的兩倍，力學(xué)性能相當(dāng)于2205雙相不銹鋼。上世紀(jì)80年代末，屬于第三代的超雙相不銹鋼被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其代表性模型包括SAF2507,Zeron100等。這種鋼碳含量極低，含有高鉬和高氮。這種鋼材具有很強(qiáng)的耐孔蝕性，耐孔蝕性大于40。20世紀(jì)70年代中期，中國(guó)開(kāi)始研發(fā)雙相不銹鋼，其中00OCr18Ni5Mo3Si雙相不銹鋼已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1200007年，不銹鋼棒GB/T不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶3280-2007，CB/T不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶4237-2007。選用稀土改性，用鎳代氮，研制出綜合性能良好的新型雙相不銹鋼。

SAF2507非常雙相不銹鋼由于其極低的碳和高合金成分設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)度大的熱裂趨勢(shì)小.它具有導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低的優(yōu)點(diǎn)，具有強(qiáng)的耐腐蝕性、應(yīng)力腐蝕性和氟化物晶間腐蝕性，甚至能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，如有機(jī)酸和一定范圍的無(wú)機(jī)酸，日益成為研究的重點(diǎn)。

不銹鋼中合金元素的具體作用：

(1)鉻的作用:鉻是由強(qiáng)鐵素體產(chǎn)生的元素，能有效擴(kuò)大α縮小y相區(qū)。鉻可以促進(jìn)不銹鋼表面的致密層Crz0、保護(hù)膜，具有良好的耐腐蝕性。增加鉻的含量，提高不銹鋼的耐腐蝕性。但鉻的含量不應(yīng)太高，否則會(huì)提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)不銹鋼的塑料韌性產(chǎn)生不利影響。鉻還可以提高不銹鋼的硬度。

(2)鉬的功效:鉬增強(qiáng)了鈍化膜的穩(wěn)定性，對(duì)提高不銹鋼的耐蝕性和耐氯離子晶間的腐蝕性有顯著影響。鉬擴(kuò)大了金屬間化合物等溫轉(zhuǎn)化曲線的沉淀范圍α與X等金屬之間的化合物更容易沉淀，導(dǎo)致不銹鋼在增加硬度的同時(shí)增加脆性轉(zhuǎn)化傾向。

（3）氮的作用：氮對(duì)馬氏體相的生成和穩(wěn)定性有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，抑制鐵相的生長(zhǎng)，導(dǎo)致晶格失真，對(duì)不銹鋼有固溶強(qiáng)化作用，增加不銹鋼的強(qiáng)度。控制兩個(gè)相位的比例.用氫代替高鎳，降低生產(chǎn)成本。

（4）稀有元素的作用：稀土能凈化鋼中的氧、硫等有害雜質(zhì)，抑制氫氣開(kāi)裂。稀土可以控制夾雜物的形態(tài)，從而提高夾雜物在晶界的產(chǎn)生和擴(kuò)展能力。此外，稀有元素展。此外，稀有元素可以增加非均質(zhì)核，細(xì)化晶粒，改善雙相鋼結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能。

合金元素對(duì)2507非常雙相不銹鋼組織和性能的影響

2507非常雙相不銹鋼含有極低的碳和更高的合金元素，具有*的力學(xué)性能和耐腐蝕性，耐氯離子晶間腐蝕和耐縫隙腐蝕尤其是高Cr,高M(jìn)o與普通雙相不銹鋼相比，高N的平衡設(shè)計(jì)在耐腐蝕性和強(qiáng)度方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用于一些需要更高強(qiáng)度和更高耐腐蝕性的惡劣環(huán)境，其核心化學(xué)成分如表1所示。

熱處理方法影響2507雙相不銹鋼的組織和性能

雙相不銹鋼的組織和性能主要取決于鐵素體相和馬氏體相的比例，化學(xué)成分和熱處理方法是決定兩相比例的重要因素。在某些化學(xué)成分的情況下，正確控制熱處理方法變得至關(guān)重要。如果固體溶解溫度不合適或在300~1000℃如果進(jìn)行等溫時(shí)效，將沉淀二次馬氏體和滲碳體﹑氮化物和金屬間相會(huì)大大降低雙相不銹鋼的綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性。

對(duì)2507非常雙相不銹鋼組織的固溶溫度及時(shí)處理

95o℃馬氏體相程中，馬氏體相呈長(zhǎng)條狀、連續(xù)分布，隨著固溶溫度的升高，馬氏體相逐漸分布在鐵素體基底上。張壽祿等l5.研究表明，熱軋狀態(tài)α相含量約為13.80%,在950℃和1000℃熱軋溫度下的熱軋態(tài)α相并沒(méi)有被清除，反而增加了。還有一個(gè)實(shí)驗(yàn)解釋，因?yàn)镃r,Mo含量增加,α相孕育期縮短，α增加相析出量。此外，馬氏體相含量降低，鐵素體相含量顯著增加。α相在1020℃固溶溫度明顯溶解，含量降至9.50%。固溶溫度上升到1050℃,a相基本溶解，在背散射電子圖像中顯示零星白點(diǎn)。在1080℃沒(méi)有觀察到白色沉淀物，也就是此時(shí)α相已*溶解。之后，隨著固溶溫度的升高，鐵素體相的比例接近直線，而奧氏體相的比例繼續(xù)下降，在1100℃減幅最大，并在1150℃兩相比例接近1:1。溫度持續(xù)上升，兩相晶粒尺寸增加，在1250℃時(shí)急劇長(zhǎng)大，尤其是鐵素體晶體。研究表明，通過(guò)α化學(xué)和反化學(xué)處理最終可以使高溫8相組織得到細(xì)化。固溶溫度上升到1300℃與此時(shí)成為單相鐵素體組織的2205雙相不銹鋼不同，其馬氏體相并未消失，面積分?jǐn)?shù)約為32.10%。

類似于205雙相不銹鋼，2507非常雙相不銹鋼650~950℃時(shí)效處理也會(huì)沉淀α相，x相，金屬間相，如氮化物，α主要危害成分是相。研究樣本1250℃固溶2h后期處理。結(jié)果表明，鐵素體基材或雙相晶界處分布了時(shí)效處理后的所有沉淀相。時(shí)效溫度為650℃當(dāng)鐵素體晶體沉淀出少量黑時(shí)，XRD其具體成分無(wú)法檢測(cè)。根據(jù)成分分析和TEM觀察，確定析出相主要是X相。750℃經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，鐵素體基材和兩相晶界處有黑點(diǎn)狀和島狀沉淀物，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，沉淀物越多。通過(guò)EDS和XRD確定沉淀物的手段是α相和x相。此外，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，X相晶體先變大，然后變小，最后呈圓形尖角，而X相晶體則呈圓形，α晶體逐漸粗化，形狀變化不大。經(jīng)850℃在時(shí)效性處理中，有更多的粗粒狀島狀沉淀物，通過(guò)成分分析得到的沉淀物是O相，并伴有二次馬氏體y:生成。試樣經(jīng)950℃時(shí)效處理后，鐵素體基材沒(méi)有沉淀物，兩相晶界沉淀少量α相和y。在時(shí)效處理過(guò)程中，馬氏體相和鐵素體相的含量也隨著時(shí)效時(shí)間的變化而變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，920℃時(shí)效溫度下，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，o相和y相含量增加α相含量降低。其中，相位增長(zhǎng)緩慢而緩慢α相在5min當(dāng)時(shí)效達(dá)到120時(shí)，內(nèi)部急劇下降，然后逐漸趨于平緩min有時(shí)*轉(zhuǎn)變，o如圖1所示，相變正好相反。

α主要影響因素

α相位是一個(gè)復(fù)雜的正方形結(jié)構(gòu)，通常為塊狀和半網(wǎng)狀鐵素體和馬氏體相界[28]，依靠合金元素的擴(kuò)散置換和兩相之間的重新分布。α相位屬于材料中的主要有害相位，因此進(jìn)行了分析α對(duì)雙相不銹鋼的力學(xué)性能和耐腐蝕性能具有重要意義。研究表明，o影響因素的分析主要包括化學(xué)成分、固溶處理、時(shí)效處理、預(yù)熱冷變形和兩相關(guān)系等。

影響化學(xué)成分

研究數(shù)據(jù)顯示，改進(jìn)Cr,Mo鐵素體產(chǎn)生的元素含量不僅可以縮短α相形成的妊娠期，并能使α在較高的固溶溫度下，相平穩(wěn)存在。CrMo元素含量的增加促進(jìn)了鐵素體相體積分?jǐn)?shù)的增加，這是由共析轉(zhuǎn)化而來(lái)的α→0yz,進(jìn)而導(dǎo)致α增加相析出量。

影響固溶處理

選擇合適的固溶溫度和較大的冷卻速度可以有效抑制α相的分析。研究表明，固溶溫度升高可以減緩α相產(chǎn)生，但對(duì)O相的最終沉淀沒(méi)有影響。提高固溶溫度會(huì)增加鐵素體的含量，進(jìn)而使鐵素體中的含量增加Cr.Mo減少元素的百分比含量，延遲α相產(chǎn)生時(shí)間。另一方面，因?yàn)棣料辔恢饕趦上嘟缑嫣幮纬珊诵?。馬氏體相位含量的減少和鐵素體位含量的增加導(dǎo)致兩相界面的減少α相析出。

影響時(shí)效處理

o相可在650~950℃穩(wěn)定分析。如前文所述，在同一時(shí)效溫度下，時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)，α分析量越大。隨著時(shí)效溫度的升高，o分析速度變快。當(dāng)時(shí)效溫度較低時(shí)，先沉淀X相，時(shí)效溫度升高，Cr,Mo擴(kuò)散系數(shù)增加，x→α轉(zhuǎn)變過(guò)程加速，o相分析量增加。研究表明，盡量避免α?xí)r效溫度不應(yīng)高于600℃。