雙(shuang)相不銹鋼與其(qi)他不銹鋼一(yi)樣，為(wei)滿足使(shi)用的(de)(de)機械(xie)性能和耐腐蝕性能的(de)(de)要求，應當依靠正確的(de)(de)熱處理來保證。

 久久99國產精品久久99果凍傳媒: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、加熱溫度與兩相比例的關系(xi)

 我們(men)已經知道，雙(shuang)相不銹(xiu)鋼在平衡狀態下的兩相比例(li)主要(yao)與化學成分有(you)關(guan)，即與鋼中鉻當量(liang)和鎳當量(liang)及其(qi)它們(men)的比例(li)系數P有(you)關(guan)，P=Cr/Ni.所(suo)以，一般情況下，用P值(zhi)來衡量(liang)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼的兩相含量(liang)比，P值(zhi)越大(da)(da)，說明雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中的鐵素體含量(liang)也越大(da)(da)。

 但是，雙相(xiang)不銹鋼中兩相(xiang)的(de)比例還受鋼的(de)加熱(re)溫度的(de)影(ying)響(xiang)。

即P相同(tong)的(de)雙相不銹鋼，在(zai)不同(tong)的(de)溫度加熱(re)后，有不同(tong)的(de)兩(liang)相比例(li)。見(jian)圖6-9。

圖6-9 中三種雙相不銹鋼的化學成分(fen)見(jian)表6-4 。

從圖6-9可見，雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼隨加熱溫度(du)的升高，奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)斷減少，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)斷增(zeng)加，當(dang)加熱溫度(du)超(chao)過1300℃時，某些雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼甚(shen)至可以變(bian)成單相(xiang)(xiang)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)組織。

因(yin)此，為了調整雙相不銹鋼(gang)兩相組織(zhi)具有(you)理想的比例，應(ying)控(kong)制合理的加熱溫(wen)度和保溫(wen)時間。

二、加熱(re)溫度對(dui)兩相中(zhong)合金(jin)成分的影響(xiang)

  雙相不(bu)銹鋼兩相相對穩(wen)(wen)定(ding)平衡時，合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)在(zai)兩相中(zhong)(zhong)的含量也相對穩(wen)(wen)定(ding)。但是(shi)，合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)在(zai)兩相中(zhong)(zhong)的分(fen)配(pei)是(shi)不(bu)同的。一般的分(fen)配(pei)規律是(shi)，鐵素(su)(su)體(ti)形成元(yuan)(yuan)素(su)(su)，如(ru)鉻(ge)、鉬、硅等(deng)富集于鐵素(su)(su)體(ti)中(zhong)(zhong)；奧氏體(ti)形成元(yuan)(yuan)素(su)(su)，如(ru)鎳、氮、錳(meng)等(deng)富集于奧氏體(ti)中(zhong)(zhong)。

合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)在不(bu)同的(de)(de)(de)加(jia)熱溫度條(tiao)件(jian)下，在兩(liang)相中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)分(fen)配是不(bu)同的(de)(de)(de)，而(er)且，隨著溫度的(de)(de)(de)升高，合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)在兩(liang)相中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)分(fen)配趨于均勻(yun)，即合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)在鐵素(su)體(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)含(han)量與在奧氏體(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)含(han)量的(de)(de)(de)比值K趨向于1。見表(biao)6-5。

所(suo)以，選擇合理的(de)加熱(re)溫度，使兩相組織(zhi)中有合適(shi)的(de)合金元(yuan)素含量(liang)，使每一相都具有較高(gao)的(de)耐(nai)點腐蝕(shi)當量(liang)值，可以保(bao)證雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)耐(nai)腐蝕(shi)性能。

三(san)、加熱和冷卻對雙相(xiang)不銹鋼中(zhong)析出相(xiang)的影響

 雙相不銹鋼在加熱和(he)冷卻過程(cheng)中，除兩相比例、兩相中合金(jin)元素(su)發生變(bian)化(hua)(hua)外(wai)，還有一些其他相，如(ru)碳化(hua)(hua)物(wu)相、氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)相、金(jin)屬間相、二次(ci)奧氏體等的析出和(he)溶解過程(cheng)，見圖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.這些析出相的(de)存在會對雙相不銹鋼的(de)機械性能(neng)和耐腐蝕(shi)性能(neng)產生不利的(de)影(ying)響。

1. 碳化(hua)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(sui)著冶金(jin)技術的(de)提高，一些超級雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)含(han)碳量(liang)可以(yi)控制在小于0.03%或更(geng)低。因此(ci)，在這類雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中，碳化物析(xi)出量(liang)很(hen)少，并且雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)含(han)鉻量(liang)又較高。所以(yi)，碳化物對雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)耐腐蝕性能的(de)實(shi)際影響遠(yuan)小于在奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)影響。

 一旦(dan)在某(mou)些雙相不銹(xiu)鋼中有碳化物(wu)析出，只要在固溶溫度保溫后快速冷卻，即可阻止碳化物(wu)的析出。

2. 金屬間相

由(you)于雙(shuang)相不銹鋼中含有較(jiao)(jiao)高量的鉻(ge)、鉬(mu)等金(jin)屬(shu)元(yuan)素，所以(yi)，較(jiao)(jiao)易形成金(jin)屬(shu)間化合物，即(ji)金(jin)屬(shu)間相。

a. σ相(xiang)

  雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)鐵素體中除了(le)高(gao)的(de)(de)鉻元素外(wai)，還有鉬和(he)鎳的(de)(de)存在，尤其是鉬擴大了(le)σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形成(cheng)溫度范圍，縮短了(le)σ相(xiang)(xiang)形成(cheng)的(de)(de)時間，所以，雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)中σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形成(cheng)比奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)更嚴重。試驗研究表明，雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)σ相(xiang)(xiang)在950℃左右(you)即(ji)可形成(cheng)，而且在數分鐘(zhong)之內(nei)就可析(xi)出。

  根據對00Cr25Ni7Mo4N雙(shuang)相不(bu)銹鋼的研究表明，σ相優先(xian)在(zai)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)－奧氏體(ti)－鐵(tie)素(su)(su)體(ti)相交點(dian)處形核，然(ran)后沿(yan)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)－鐵(tie)素(su)(su)體(ti)晶(jing)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。

  無論(lun)以何種方式析出形成的σ相(xiang)(xiang)(xiang)，都(dou)會顯著降低雙相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)的塑性(xing)和韌性(xing)。并且，在σ相(xiang)(xiang)(xiang)周圍會形成貧鉻區，成為影響(xiang)雙相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)耐腐蝕性(xing)的原因之(zhi)一。

  為了防止σ相的(de)析出，應在(zai)固溶溫(wen)度保溫(wen)后(hou)快速(su)冷(leng)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)(xiang)鋼(gang)使用(yong)中不(bu)希望(wang)x相(xiang)(xiang)、R相(xiang)(xiang)存在，應通過固溶處理快速冷卻來消除(chu)。

 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(cun)在對(dui)雙(shuang)相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)嚴(yan)重危害(hai)就是(shi)脆性。因雙(shuang)相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)含(han)碳(tan)比鐵素體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)含(han)碳(tan)低，且含(han)鉻高(gao)，所以，高(gao)鉻區的(de)形成在耐腐蝕性方(fang)面(mian)的(de)影響不明顯。

 為保證雙相不銹鋼有良好的(de)塑性和韌性，應采用正確(que)的(de)熱處(chu)理方(fang)式消除α'相。

  總之，雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)的(de)這(zhe)些金(jin)屬間相(xiang)對塑(su)性(xing)和(he)韌(ren)性(xing)，對耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)均(jun)產生(sheng)不(bu)(bu)利(li)的(de)影響。因此，在雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼的(de)熱(re)加(jia)工(gong)過程中(zhong)，應盡力(li)避免它(ta)們的(de)產生(sheng)。一(yi)旦產生(sheng)了，就應通過重新加(jia)熱(re)到正確的(de)固(gu)溶溫度使之溶解，再(zai)采用快速冷卻的(de)方式(shi)防止(zhi)其再(zai)形成。

3. 二次奧氏體γ₂

  雙相不銹(xiu)鋼中的(de)兩相組織隨加熱溫度(du)的(de)升高而變化，當(dang)溫度(du)超過(guo)1300℃時，有(you)些(xie)雙相不銹(xiu)鋼可能全部(bu)為鐵(tie)素體(ti)(ti)組織，這(zhe)(zhe)時的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)穩定性差，在以后的(de)冷(leng)卻過(guo)程中，在鐵(tie)素體(ti)(ti)晶界處會有(you)部(bu)分鐵(tie)素體(ti)(ti)轉(zhuan)變成(cheng)奧(ao)氏體(ti)(ti)，這(zhe)(zhe)種奧(ao)氏體(ti)(ti)稱做二次奧(ao)氏體(ti)(ti)。依據冷(leng)卻速度(du)不同，二次奧(ao)氏體(ti)(ti)的(de)形(xing)成(cheng)機制及形(xing)態也有(you)所(suo)差別。

  在較(jiao)高(gao)溫(wen)度下形(xing)成(cheng)的二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)氏體是(shi)以(yi)形(xing)核和長(chang)大的方式(shi)完(wan)成(cheng)的，屬擴散型轉(zhuan)變(bian)。經研究(jiu)發(fa)現，高(gao)溫(wen)形(xing)成(cheng)的二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)氏體多在鐵(tie)素(su)(su)體的位錯處形(xing)核，沿(yan)鐵(tie)素(su)(su)體亞(ya)晶(jing)界(jie)長(chang)大，所以(yi)，在組織形(xing)態上(shang)具有(you)魏氏組織特征。高(gao)溫(wen)形(xing)成(cheng)的二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)氏體與周圍的鐵(tie)素(su)(su)體相比(bi)，具有(you)較(jiao)高(gao)的含鎳(nie)量和較(jiao)低的含鉻量，在基(ji)體中形(xing)成(cheng)成(cheng)分(fen)的不(bu)均勻性。

  在較低溫度(du)范圍，如在300~650℃溫度(du)區間形成的(de)(de)二(er)次(ci)奧氏體(ti)具(ju)有非擴散(san)型轉變特征，屬馬(ma)氏體(ti)型的(de)(de)切變轉變。在自高溫水冷(leng)時，一般(ban)得(de)不到這種二(er)次(ci)奧氏體(ti)。

  再一種情況是在(zai)600~800℃溫度范(fan)圍(wei)，組(zu)織中析出σ相或(huo)碳化物時，在(zai)其周圍(wei)形成(cheng)的富(fu)鎳貧鉻區(qu)也會轉變為二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體(ti)。所以(yi)，有的將這種二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體(ti)的形成(cheng)方(fang)式歸(gui)類于鐵素體(ti)共析反應，是共析反應產(chan)物。

  無論是以哪一種方式形成(cheng)(cheng)的二次(ci)奧氏體，都(dou)會造成(cheng)(cheng)新的合金成(cheng)(cheng)分的不均勻性，給耐腐蝕(shi)性帶來(lai)不利(li)的影(ying)響。

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(shuang)相不銹鋼熱(re)處理的理論(lun)依據就是利用合(he)金元(yuan)素和(he)碳(tan)化物或(huo)金屬間相在(zai)加熱(re)時可溶解于基體中，而快冷(leng)不再析出的原理。這些內容在(zai)本書前面各(ge)章節(jie)有論(lun)述(shu)，這里(li)不再進(jin)一步說明。

 雙相不(bu)銹鋼的熱(re)處理(li)方式是加熱(re)保溫后采用快速冷(leng)卻(que)。從工藝過程看，完全相當于奧氏體不(bu)銹鋼的熱(re)處理(li)，通常也稱固溶熱(re)處理(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(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。