雙相不銹(xiu)鋼與其他(ta)不銹(xiu)鋼一樣，為滿足使(shi)用的機械(xie)性能(neng)和耐腐蝕性能(neng)的要求，應當依(yi)靠正確的熱處(chu)理來保證。
香蕉視頻app下載蘋果版: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(yi)、加熱(re)溫度與兩相比例的關系
我們已經知(zhi)道，雙相(xiang)(xiang)不銹鋼在平衡(heng)(heng)狀態(tai)下的(de)兩(liang)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例主要與化學成分(fen)有(you)(you)關，即與鋼中鉻當(dang)量(liang)(liang)和鎳當(dang)量(liang)(liang)及其(qi)它(ta)們的(de)比(bi)(bi)例系數P有(you)(you)關，P=Cr/Ni.所(suo)以，一(yi)般(ban)情況(kuang)下，用(yong)P值(zhi)來衡(heng)(heng)量(liang)(liang)雙相(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)兩(liang)相(xiang)(xiang)含(han)量(liang)(liang)比(bi)(bi)，P值(zhi)越(yue)大，說明雙相(xiang)(xiang)不銹鋼中的(de)鐵素體(ti)含(han)量(liang)(liang)也越(yue)大。
但是，雙相不銹鋼中兩相的(de)比例還受鋼的(de)加熱(re)溫度的(de)影響。
即P相(xiang)(xiang)同的(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼，在不(bu)同的(de)溫度加熱后，有不(bu)同的(de)兩相(xiang)(xiang)比例。見圖6-9。
圖6-9 中三種雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)的化學成分見表6-4 。
從圖(tu)6-9可見(jian)，雙(shuang)相(xiang)不銹鋼隨加熱溫度的升高，奧氏體不斷減少，鐵素體不斷增(zeng)加，當加熱溫度超過1300℃時，某(mou)些(xie)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼甚至可以(yi)變成(cheng)單相(xiang)鐵素體組織。
因此，為了調整(zheng)雙相(xiang)不銹鋼兩(liang)相(xiang)組織具有理想的比(bi)例，應控制合理的加熱溫(wen)度(du)和保溫(wen)時間。
二、加(jia)熱(re)溫度對兩相(xiang)中合金成分的影響
雙相(xiang)(xiang)不銹鋼兩相(xiang)(xiang)相(xiang)(xiang)對穩(wen)定平衡時，合金(jin)元(yuan)素(su)(su)在兩相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)含量(liang)也相(xiang)(xiang)對穩(wen)定。但(dan)是(shi)(shi)，合金(jin)元(yuan)素(su)(su)在兩相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)分配是(shi)(shi)不同的(de)。一般的(de)分配規律是(shi)(shi)，鐵(tie)素(su)(su)體形成元(yuan)素(su)(su)，如鉻、鉬(mu)、硅等富(fu)集(ji)于鐵(tie)素(su)(su)體中(zhong)(zhong)；奧(ao)氏體形成元(yuan)素(su)(su)，如鎳、氮、錳等富(fu)集(ji)于奧(ao)氏體中(zhong)(zhong)。
合金(jin)元素(su)在不(bu)同(tong)的(de)加熱溫(wen)度(du)條件下，在兩相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)分配是不(bu)同(tong)的(de)，而且，隨著溫(wen)度(du)的(de)升高，合金(jin)元素(su)在兩相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)分配趨于均勻，即合金(jin)元素(su)在鐵素(su)體中(zhong)(zhong)的(de)含(han)量與(yu)在奧(ao)氏體中(zhong)(zhong)的(de)含(han)量的(de)比值K趨向于1。見表6-5。
所以(yi)，選擇(ze)合(he)理的(de)(de)加熱溫度，使兩(liang)相組織中有合(he)適的(de)(de)合(he)金(jin)元(yuan)素含量，使每一相都具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)當量值，可以(yi)保證(zheng)雙相不(bu)銹鋼的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)性能。
三、加熱和(he)冷卻(que)對(dui)雙(shuang)相不銹鋼中析出相的影響
雙(shuang)相不銹鋼(gang)在(zai)加熱和冷(leng)卻過(guo)程中，除兩相比例(li)、兩相中合金元素發生變(bian)化(hua)(hua)外，還有(you)一些(xie)其(qi)他相，如碳(tan)化(hua)(hua)物相、氮(dan)化(hua)(hua)物相、金屬間相、二次奧氏體等(deng)的析(xi)出和溶解過(guo)程，見圖(tu)6-10。
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(cun)在會對雙(shuang)相(xiang)不銹鋼的機(ji)械(xie)性能和耐腐蝕(shi)性能產(chan)生不利的影響。
1. 碳化物(wu)
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.
當然，隨著冶金技(ji)術(shu)的(de)提高，一(yi)些超級雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)含碳量(liang)(liang)可以控制在(zai)小于(yu)0.03%或(huo)更低。因此，在(zai)這類雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼中(zhong)，碳化(hua)(hua)物析出量(liang)(liang)很少，并且雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼含鉻(ge)量(liang)(liang)又(you)較(jiao)高。所以，碳化(hua)(hua)物對雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼耐(nai)腐蝕性能的(de)實際影響遠小于(yu)在(zai)奧氏體不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼中(zhong)的(de)影響。
一(yi)旦(dan)在某些雙相不銹(xiu)鋼中有碳(tan)化物(wu)析出，只要(yao)在固溶溫(wen)度保溫(wen)后快速(su)冷卻，即可阻(zu)止(zhi)碳(tan)化物(wu)的析出。
2. 金屬間相
由(you)于雙(shuang)相不(bu)銹鋼中(zhong)含(han)有較高量的(de)鉻、鉬等金屬元素，所以(yi)，較易形成金屬間化(hua)合物，即金屬間相。
a. σ相(xiang)
雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)鐵素(su)體中(zhong)(zhong)除了高的(de)(de)鉻元素(su)外，還(huan)有鉬和(he)鎳的(de)(de)存(cun)在，尤其是鉬擴大(da)了σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)溫(wen)度范(fan)圍，縮短了σ相(xiang)(xiang)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)時間，所以，雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)比奧氏體不(bu)銹鋼(gang)更嚴重。試(shi)驗(yan)研究(jiu)表明，雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)σ相(xiang)(xiang)在950℃左(zuo)右(you)即可(ke)形(xing)成(cheng)(cheng)，而且在數分(fen)鐘之內就可(ke)析出(chu)。
根(gen)據對00Cr25Ni7Mo4N雙相(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)研(yan)究表明(ming)，σ相(xiang)(xiang)優(you)先(xian)在鐵(tie)(tie)素體(ti)－奧氏體(ti)－鐵(tie)(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)交點處(chu)形核，然(ran)后(hou)沿(yan)鐵(tie)(tie)素體(ti)－鐵(tie)(tie)素體(ti)晶(jing)界長大(da)。
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。
無論以(yi)何種方式析出形成(cheng)的(de)σ相(xiang)，都會顯著降低(di)雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)塑性(xing)和韌性(xing)。并且，在σ相(xiang)周圍會形成(cheng)貧鉻區，成(cheng)為影響雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)的(de)原因之一。
為了防(fang)止σ相的析出，應在(zai)固溶溫(wen)度保溫(wen)后快速冷卻。
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。
在雙相(xiang)鋼使用中(zhong)不希望x相(xiang)、R相(xiang)存在，應通過(guo)固溶處(chu)理快(kuai)速冷(leng)卻來消(xiao)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(xiang)的存(cun)在(zai)(zai)對雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的嚴(yan)重危害就是脆性(xing)(xing)。因(yin)雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)含碳比(bi)鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)含碳低，且含鉻高，所以，高鉻區的形成在(zai)(zai)耐腐蝕性(xing)(xing)方(fang)面的影響不(bu)(bu)明顯(xian)。
為保證雙相不(bu)銹鋼有良好的塑性(xing)和韌性(xing)，應采用正(zheng)確的熱處(chu)理方(fang)式消除α'相。
總之(zhi)，雙相不(bu)(bu)銹鋼中的(de)這些金屬間相對塑性和韌(ren)性，對耐(nai)腐蝕性均產生(sheng)不(bu)(bu)利(li)的(de)影響。因此(ci)，在雙相不(bu)(bu)銹鋼的(de)熱(re)加工過程中，應盡(jin)力避免(mian)它們的(de)產生(sheng)。一旦產生(sheng)了，就應通過重(zhong)新(xin)加熱(re)到正確的(de)固(gu)溶溫度使之(zhi)溶解，再采用快速冷卻(que)的(de)方式防止其(qi)再形成。
3. 二次奧氏體γ2
雙相不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)兩相組織隨(sui)加熱溫度(du)的(de)(de)升(sheng)高而(er)變(bian)化，當溫度(du)超(chao)過(guo)1300℃時(shi)(shi)，有些雙相不(bu)銹(xiu)鋼可能全部為鐵(tie)素體(ti)組織，這(zhe)時(shi)(shi)的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)穩定性差(cha)，在(zai)以(yi)后的(de)(de)冷卻過(guo)程中(zhong)，在(zai)鐵(tie)素體(ti)晶(jing)界處會有部分鐵(tie)素體(ti)轉變(bian)成(cheng)奧氏體(ti)，這(zhe)種奧氏體(ti)稱做二次(ci)奧氏體(ti)。依據冷卻速度(du)不(bu)同，二次(ci)奧氏體(ti)的(de)(de)形成(cheng)機制(zhi)及形態(tai)也(ye)有所差(cha)別。
在(zai)較(jiao)高溫(wen)度下形成(cheng)的二次奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)是以(yi)形核(he)和(he)長大的方式(shi)完成(cheng)的，屬擴散型轉變。經研究發現，高溫(wen)形成(cheng)的二次奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)多(duo)在(zai)鐵素體(ti)(ti)的位錯(cuo)處形核(he)，沿鐵素體(ti)(ti)亞晶界(jie)長大，所以(yi)，在(zai)組織(zhi)形態上具有魏氏組織(zhi)特征。高溫(wen)形成(cheng)的二次奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)與周圍的鐵素體(ti)(ti)相比，具有較(jiao)高的含鎳(nie)量(liang)(liang)和(he)較(jiao)低的含鉻量(liang)(liang)，在(zai)基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)形成(cheng)成(cheng)分的不均勻性。
在較低溫度范圍(wei)，如在300~650℃溫度區間形成的(de)二(er)次奧(ao)(ao)氏體具有非擴(kuo)散(san)型轉變(bian)(bian)特征，屬馬氏體型的(de)切變(bian)(bian)轉變(bian)(bian)。在自高溫水冷時，一(yi)般得不(bu)到這種(zhong)二(er)次奧(ao)(ao)氏體。
再一種情況(kuang)是(shi)在600~800℃溫度范圍，組織中析出σ相或碳化物(wu)時，在其周(zhou)圍形成(cheng)的富鎳貧鉻區也(ye)會轉變為二次(ci)奧氏體(ti)(ti)。所以，有的將這(zhe)種二次(ci)奧氏體(ti)(ti)的形成(cheng)方式歸類于鐵素體(ti)(ti)共析反應，是(shi)共析反應產物(wu)。
無論是以哪(na)一(yi)種(zhong)方式(shi)形(xing)成(cheng)的二(er)次奧氏體(ti)，都(dou)會(hui)造成(cheng)新的合金(jin)成(cheng)分的不均勻性(xing)，給耐腐蝕(shi)性(xing)帶來(lai)不利(li)的影(ying)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，雙相不(bu)銹(xiu)鋼熱(re)處理(li)(li)的理(li)(li)論依(yi)據就是利用合金元素和碳化物或金屬間相在加熱(re)時可溶解于基體(ti)中(zhong)，而快冷(leng)不(bu)再析出的原理(li)(li)。這些內容在本書(shu)前面各章節有論述，這里不(bu)再進一步(bu)說明。
雙相不銹鋼的熱(re)處理(li)(li)方(fang)式是加熱(re)保溫(wen)后采(cai)用快速(su)冷(leng)卻。從工藝過程(cheng)看(kan)，完全相當(dang)于奧(ao)氏體不銹鋼的熱(re)處理(li)(li)，通常也稱固溶熱(re)處理(li)(li)。
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。
