雙相不銹(xiu)鋼與其他不銹(xiu)鋼一樣,為滿(man)足使用的機械性能和耐腐蝕(shi)性能的要(yao)求,應當依靠正確(que)的熱處理來保(bao)證。


 香蕉視頻app破解碼:雙相不銹鋼機械性能和耐腐蝕性能的改善,是通過改變雙相不銹鋼兩相的比例、兩相中合金成分及消除其他析出相來實現的。雙相不銹鋼在不同的加熱溫度和不同的冷卻條件下,對兩相比例、兩相中合金成分和析出相均產生重要的影響。這就是確定雙相不銹鋼正確熱處理的主要依據。



一、加熱溫度與兩(liang)相比(bi)例(li)的關系


 我們已經知道,雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)在平衡(heng)狀態下(xia)(xia)的(de)兩相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)主要與(yu)化學成分有關,即(ji)與(yu)鋼(gang)中鉻當量和鎳當量及其(qi)它(ta)們的(de)比(bi)(bi)例(li)系數P有關,P=Cr/Ni.所以,一般情(qing)況下(xia)(xia),用P值來衡(heng)量雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)的(de)兩相(xiang)(xiang)含量比(bi)(bi),P值越(yue)大,說明雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)中的(de)鐵素體(ti)含量也越(yue)大。


 但是,雙相不銹鋼中兩相的(de)比例(li)還受鋼的(de)加熱溫度的(de)影響(xiang)。


即P相(xiang)(xiang)同的(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼,在不(bu)同的(de)溫度加熱(re)后,有不(bu)同的(de)兩相(xiang)(xiang)比例。見圖6-9。


圖 9.jpg


圖6-9 中(zhong)三種雙相不(bu)銹鋼(gang)的(de)化學成分(fen)見表(biao)6-4 。


表 4.jpg


從圖6-9可見(jian),雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼隨加熱溫(wen)(wen)度的升(sheng)高,奧氏體不(bu)斷(duan)減少,鐵素體不(bu)斷(duan)增加,當加熱溫(wen)(wen)度超(chao)過1300℃時,某些雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼甚至可以變(bian)成單相(xiang)鐵素體組織。


因此,為了調整雙相不銹鋼兩相組(zu)織具(ju)有理想的(de)比(bi)例(li),應(ying)控制合理的(de)加(jia)熱溫度和保溫時間。



二、加熱溫度對兩(liang)相中合金(jin)成(cheng)分(fen)的影響(xiang)


  雙相(xiang)不銹鋼兩(liang)相(xiang)相(xiang)對(dui)穩(wen)定平衡時,合(he)金元(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)兩(liang)相(xiang)中的含量也相(xiang)對(dui)穩(wen)定。但(dan)是,合(he)金元(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)兩(liang)相(xiang)中的分配是不同的。一般的分配規(gui)律是,鐵素(su)(su)(su)體形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su),如鉻、鉬、硅等富集于鐵素(su)(su)(su)體中;奧(ao)氏體形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su),如鎳、氮、錳(meng)等富集于奧(ao)氏體中。


合金元(yuan)素(su)在不(bu)(bu)同的加(jia)熱溫度條件下(xia),在兩相中的分配是不(bu)(bu)同的,而且,隨著(zhu)溫度的升高,合金元(yuan)素(su)在兩相中的分配趨于(yu)均勻,即(ji)合金元(yuan)素(su)在鐵素(su)體中的含(han)量與在奧氏體中的含(han)量的比值K趨向于(yu)1。見(jian)表(biao)6-5。


表 5.jpg


所(suo)以(yi),選擇合(he)(he)理的(de)加熱(re)溫度,使(shi)兩相組織中有(you)合(he)(he)適(shi)的(de)合(he)(he)金元素含量(liang),使(shi)每一相都具(ju)有(you)較高的(de)耐點腐蝕(shi)當量(liang)值,可以(yi)保證(zheng)雙相不銹鋼(gang)的(de)耐腐蝕(shi)性能(neng)。



三(san)、加熱和冷卻對雙(shuang)相不銹鋼(gang)中析出(chu)相的影響


 雙相(xiang)(xiang)不銹鋼在加(jia)熱和冷(leng)卻過程中,除兩相(xiang)(xiang)比例、兩相(xiang)(xiang)中合金元(yuan)素發(fa)生變化(hua)外(wai),還(huan)有一些其他相(xiang)(xiang),如碳化(hua)物相(xiang)(xiang)、氮(dan)化(hua)物相(xiang)(xiang)、金屬間相(xiang)(xiang)、二(er)次(ci)奧(ao)氏體等的析出和溶解過程,見圖6-10。


圖 10.jpg


  圖6-10表示一種雙相不銹鋼(約含21% Cr、7% Ni、2.5%Mo)經1000~1050℃加熱后,含有30%~50%的鐵素體,再在不同溫度加熱后可能產生的析出相。有碳化物M7C3、M23C6,金屬間相σ、x、α'及R、π等,二次奧氏體γ2.含氮的雙相不銹鋼還可析出氮化物CrN、Cr2N.這些析出相(xiang)的存在會對雙相(xiang)不銹(xiu)鋼的機械性能和耐腐蝕性能產生不利(li)的影響。


1. 碳化物


  雙相不銹鋼,特別是大于0.03%碳的雙相不銹鋼,在低于1050℃溫度加熱、保溫時,在鐵素體和奧氏體相界面處將有碳化物析出。高于950℃時析出M7C3型碳化物,低于950℃時析出M23C6型碳化物。因為雙相不銹鋼中,奧氏體中含碳高,鐵素體中含鉻高,所以,在奧氏體和鐵素體相界面上形核最容易、最多,在奧氏體與奧氏體相界面,鐵素體與鐵素體相界面上會形核和析出碳化物,只不過是析出量不如奧氏體與鐵素體相界面多而已。


  在析出的碳化物長大的過程中,要消耗周圍的鉻,產生貧客區,即出現易腐蝕區。同時,有部分鐵素體由于鉻含量降低,還會轉變成二次奧氏體γ2.


 當(dang)然,隨著冶金技術的提高,一(yi)些超級雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)(gang)的含(han)碳(tan)量(liang)(liang)可(ke)以(yi)(yi)控制在(zai)小(xiao)于0.03%或更低。因此(ci),在(zai)這類雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)(gang)中,碳(tan)化物析出量(liang)(liang)很少,并且雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)(gang)含(han)鉻量(liang)(liang)又(you)較高。所以(yi)(yi),碳(tan)化物對雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)(gang)耐腐蝕性能的實際影響(xiang)遠小(xiao)于在(zai)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang)中的影響(xiang)。


 一旦在某些雙(shuang)相不銹鋼中(zhong)有碳化(hua)物析出,只要在固溶(rong)溫(wen)度保溫(wen)后快速冷卻,即(ji)可阻止碳化(hua)物的析出。


2. 金屬間相


由于雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)中(zhong)含有較(jiao)高量的鉻、鉬等(deng)金(jin)(jin)屬元(yuan)素(su),所以,較(jiao)易形成金(jin)(jin)屬間(jian)化合物,即金(jin)(jin)屬間(jian)相(xiang)(xiang)。


a. σ相


  雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的鐵素體(ti)中(zhong)除(chu)了高的鉻元(yuan)素外,還有鉬和(he)鎳(nie)的存在(zai),尤其是鉬擴(kuo)大了σ相(xiang)的形(xing)成溫(wen)度范圍,縮短了σ相(xiang)形(xing)成的時間(jian),所以,雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)σ相(xiang)的形(xing)成比奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)更嚴(yan)重(zhong)。試驗研(yan)究表(biao)明,雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的σ相(xiang)在(zai)950℃左(zuo)右即可形(xing)成,而且在(zai)數分鐘之內就可析(xi)出。


  根據(ju)對(dui)00Cr25Ni7Mo4N雙相(xiang)不銹(xiu)鋼的研究表明(ming),σ相(xiang)優(you)先在鐵素體-奧氏體-鐵素體相(xiang)交點處形核,然(ran)后沿(yan)鐵素體-鐵素體晶界長大。


  還有的研究認為,在600~800℃溫度范圍,高鉻的鐵素體可發生共析分解,在部分奧氏體-鐵素體相界處析出M23C6型碳化物,這會引起鐵素體的貧鉻,又使奧氏體-鐵素體相界向鐵素體方向遷移,這部分貧鉻鐵素體可能轉變成二次奧氏體,在二次奧氏體的長大過程中,使從其中釋放出的鉻轉移給附近的鐵素體相,這部分富鉻鐵素體有可能促進σ相析出。這一復雜的σ相析出過程可以用圖解表示,見圖6-11。


圖 11.jpg


  無論以何種方式析(xi)出形(xing)成的(de)σ相(xiang)(xiang),都會(hui)顯著(zhu)降(jiang)低雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)的(de)塑性和韌性。并且,在σ相(xiang)(xiang)周(zhou)圍會(hui)形(xing)成貧鉻區,成為影響雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)耐腐蝕(shi)性的(de)原因之一。


  為了防止σ相(xiang)的析(xi)出,應在固(gu)溶溫度保(bao)溫后快(kuai)速冷卻。


 b. x相


  雙相不銹鋼在600~900℃溫度范圍內,可能沿奧氏體和鐵素體相界析出x相,相對于σ相,x相在較低的溫度范圍內存在。x相也是一種富鉬、鉻的金屬間相,結構式為Fe36Cr12Mo10。x是硬而脆的相,對鋼的塑性和韌性產生不利的影響。x相屬高鉻、鉬金屬間相,其形成長大過程中也必然產生周圍的貧鉻區,成為腐蝕源,降低鋼的耐腐蝕性。與x相相似,某些雙相不銹鋼還發現有R相,其也是富鉻、鉬金屬間相,也有與x相相似的不利作用。


  在雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang)使用中不(bu)希望x相(xiang)(xiang)、R相(xiang)(xiang)存(cun)在,應(ying)通過固溶處理快速冷卻來消除。


 c. α'相


  雙相不銹鋼在400~500℃溫度區間也會表現出脆性,類似于鐵素體不銹鋼中的475℃脆性。雙相不銹鋼的這種脆性產生在鐵素體相中。經研究發現,雙相不銹鋼中的這種脆性與α'相有關,并且確定α'相的產生是雙相不銹鋼中的鐵素體在這個溫度區間按照Spinodal分解機制發生的兩相分離的結果。鐵素體的分解形成了富鉻和富鐵的亞微觀尺度的原子偏聚區。這個富鉻的偏聚區被稱為。α相。這里對富鉻區的形成和解釋雖然與鐵素體不銹鋼中富鉻區及475℃脆性形成表述不同,但道理應是相似的。


 α'相的(de)存在(zai)對雙相不(bu)銹鋼的(de)嚴(yan)重危害就是脆性(xing)。因雙相不(bu)銹鋼含碳(tan)比(bi)鐵素體不(bu)銹鋼含碳(tan)低,且含鉻高,所以(yi),高鉻區的(de)形成在(zai)耐腐(fu)蝕性(xing)方面的(de)影(ying)響不(bu)明顯。


 為保證(zheng)雙相(xiang)不銹鋼有良好的(de)塑性和韌性,應(ying)采用正確的(de)熱處理方式(shi)消(xiao)除α'相(xiang)。


  總(zong)之,雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)(gang)中的(de)這些金(jin)屬間相(xiang)(xiang)對塑性(xing)和(he)韌性(xing),對耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)均產生(sheng)不利的(de)影響。因此,在雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)(gang)的(de)熱加工過程(cheng)中,應盡力避(bi)免它們的(de)產生(sheng)。一(yi)旦產生(sheng)了(le),就應通過重(zhong)新(xin)加熱到(dao)正確的(de)固溶溫度使之溶解,再(zai)(zai)采用(yong)快(kuai)速冷(leng)卻的(de)方式防止其再(zai)(zai)形成(cheng)。


3. 二次奧氏體γ2


  雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中(zhong)的兩相組織隨加熱溫(wen)度的升(sheng)高而變化,當溫(wen)度超過1300℃時(shi)(shi),有(you)些雙(shuang)相不銹(xiu)鋼可能全部(bu)為(wei)鐵素(su)體(ti)組織,這時(shi)(shi)的鐵素(su)體(ti)穩定性(xing)差,在以后的冷卻過程中(zhong),在鐵素(su)體(ti)晶界處會(hui)有(you)部(bu)分鐵素(su)體(ti)轉變成奧(ao)氏體(ti),這種(zhong)奧(ao)氏體(ti)稱做二次奧(ao)氏體(ti)。依據(ju)冷卻速度不同,二次奧(ao)氏體(ti)的形成機制及(ji)形態(tai)也有(you)所差別。


  在較(jiao)(jiao)高溫(wen)度下形成(cheng)(cheng)的(de)(de)二次奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)是(shi)以形核和長大的(de)(de)方式完成(cheng)(cheng)的(de)(de),屬(shu)擴(kuo)散型轉變。經研究發(fa)現,高溫(wen)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)二次奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)多在鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)位錯處形核,沿鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)亞晶界長大,所以,在組織(zhi)形態上具有魏氏(shi)組織(zhi)特征。高溫(wen)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)二次奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)與周圍(wei)的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)相比,具有較(jiao)(jiao)高的(de)(de)含鎳(nie)量和較(jiao)(jiao)低的(de)(de)含鉻量,在基體(ti)(ti)(ti)中形成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)分的(de)(de)不均(jun)勻性。


  在較低溫度范圍,如在300~650℃溫度區(qu)間形成(cheng)的(de)二次(ci)奧(ao)(ao)氏體(ti)具(ju)有非擴散型轉變(bian)特征,屬馬(ma)氏體(ti)型的(de)切變(bian)轉變(bian)。在自高溫水(shui)冷時,一般(ban)得(de)不到這種二次(ci)奧(ao)(ao)氏體(ti)。


  再(zai)一種(zhong)(zhong)情況是在(zai)600~800℃溫度范圍(wei),組(zu)織中析(xi)(xi)出σ相或碳化物時,在(zai)其(qi)周圍(wei)形(xing)成(cheng)的(de)富鎳貧鉻區也會轉變為二(er)(er)次(ci)奧氏體。所以(yi),有(you)的(de)將這種(zhong)(zhong)二(er)(er)次(ci)奧氏體的(de)形(xing)成(cheng)方式歸類于(yu)鐵素體共(gong)析(xi)(xi)反(fan)應,是共(gong)析(xi)(xi)反(fan)應產物。


  無論是以哪一種方式形(xing)成(cheng)的(de)(de)二次(ci)奧氏體,都會造成(cheng)新的(de)(de)合金(jin)成(cheng)分的(de)(de)不(bu)均勻性,給耐腐蝕性帶(dai)來不(bu)利的(de)(de)影響(xiang)。


4. 氮化物


 在含氮的雙相不銹鋼中,由于氮在鐵素體中的溶解度很低,呈過飽和狀態。所以,自高溫冷卻時,可能有氮化物,如Cr2N或CTN析出。氮化物本身對雙相不銹鋼的機械性能和耐腐蝕性能不會產生明顯的影響,但Cr2N常常伴生二次奧氏體,這會引起局部成分的不均勻性,給耐腐蝕性帶來不利的作用。


 綜上所述(shu),雙相(xiang)不(bu)銹鋼熱(re)處(chu)理(li)的理(li)論依據就是利用合金元素和(he)碳化物或金屬間(jian)相(xiang)在(zai)加熱(re)時可溶解于基體中,而快(kuai)冷(leng)不(bu)再(zai)析(xi)出的原理(li)。這(zhe)些內(nei)容在(zai)本書前面各章節有論述(shu),這(zhe)里(li)不(bu)再(zai)進一(yi)步(bu)說明。


 雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的熱(re)處理方式是(shi)加熱(re)保溫后采用快速冷卻。從工(gong)藝過(guo)程看,完全(quan)相(xiang)當于(yu)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的熱(re)處理,通常也稱固溶熱(re)處理。


 這里需要說明的一個問題是,雙相不銹鋼的固溶熱處理相當于奧氏體不銹鋼的固溶熱處理,或者說適合于雙相不銹鋼中的奧氏體相部分,而與鐵素體不銹鋼熱處理存在著矛盾。在鐵素體不銹鋼熱處理部分曾經指出,超過925℃以上并快速冷卻下來,可產生高溫脆性和晶(jing)間腐蝕,雙相不銹鋼之所以可以采用高溫固溶,是因為雙相不銹鋼的含碳量遠低于鐵素體不銹鋼,這一成分特征保證了固溶冷卻時不至于產生碳的合金化合物析出的后果,所以,雙相不銹鋼的鐵素體相不至于產生高溫脆性和晶間腐蝕。