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      超級雙相不銹鋼

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      雙相不銹鋼的顯微組織特征

      來源:至德鋼業 日期:2020-05-04 22:00:43 人氣:794

       與純奧氏體不銹鋼和純鐵素體不銹鋼不同,雙相不銹鋼在加熱和冷卻的過程中,除鐵素體和奧氏體兩相數量的變化外,還會產生組織轉變,從而出現二次奧氏體γ2、碳化物、氮化物以及金屬間化合物,例如,σ相、χ相、α′相、R相、π相和Fe3Cr3Mo2Si2相等,它們對雙相不銹鋼的組織和性能具有重要的影響。

       

      一、二次奧氏體


        在雙相不銹鋼中,鐵素體α和奧氏體γ兩相比例隨加熱溫度升高而變化,鐵素體數量增多,奧氏體數量減少,一般當加熱溫度超過1300℃時,一些雙相不銹鋼可以出現單相鐵素體組織。例如,U50(00Cr21Ni7Mo2CuN)雙相不銹鋼的γ相溶解曲線在1350~1375℃之間。在1375℃加熱時,U50雙相不銹鋼會出現單一的晶粒粗大的鐵素體組織,但是,這一鐵素體是不穩定的,在隨后的冷卻過程中,如水冷時,在鐵素體晶界會出現由鐵素體轉變生成的奧氏體,而在空冷時,生成的奧氏體則呈板條狀魏氏組織形貌。

       

       雙相不銹鋼中呈現單相鐵素體組織后,若在低于出現單相鐵素體組織的溫度下進行等溫時效,則鋼中會重新析出奧氏體,為區別組織中原有的奧氏體組織,即命名為二次奧氏體γ2。二次奧氏體形成機制隨形成溫度的不同而不同,它的形成的位置和形貌與鐵素體相內及其周圍的化學成分、鄰近區的擴散途徑有關,形核位置的不同也會影響二次奧氏體形貌的不同。

       

       在雙相不銹鋼中,從鐵素體相中析出的二次奧氏體有三種不同的機制:魏氏組織型的析出;馬氏體型切變轉變;共析反應α→σ+γ2。由電子探針測得γ2中Cr含量比γ低3%左右,且熱力學計算也表明γ2貧Cr,因此,γ2的耐蝕性較γ差。

        


      二、碳化物和氮化物


       1. M7C3和M23C6型碳化物


        雙相不銹鋼在低于1050℃加熱時,沿鐵素體和奧氏體的相界即有碳化物析出,因為,在雙相不銹鋼中,奧氏體中的含碳量較高,即碳是奧氏體形成元素,而鐵素體中含鉻量較高,即鉻為鐵素體形成元素,因此,碳化物析出的有利位置是兩相相界。在含碳量較高(C≥0.03%)的雙相不銹鋼中,在較高的溫度范圍如950~1050℃等溫時效時,會沿α/γ相界析出的是M7C3型碳化物,快冷通過這一溫度區域,例如對U50鋼10分鐘之內快速冷卻即可抑制此類碳化物的析出。

       

       雙相不銹鋼在低于950℃加熱時析出的是M23C6型碳化物,析出速度往往很快,如U50鋼在800℃時效時,M23C6型碳化物在1分鐘之內即可析出,并且通過快速冷卻也很難避免這種碳化物的析出,M23C6首先在α/γ相界析出,在α/α和γ/γ晶界也有,但在鐵素體和奧氏體的晶內卻很少發現。當M23C6長大時,由于要消耗相鄰鐵素體區的鉻量,于是,這部分鐵素體即轉變為二次奧氏體,從而出現M23C6和γ2的聚集區。然而,雙相不銹鋼相界碳化物的析出并不像對奧氏體不銹鋼那樣帶來大的危害,尤其是對耐晶間腐蝕性能的影響不大,在含C量低于0.03%的超低碳雙相不銹鋼中,碳化物的析出量很少,甚至不能分布到所有的相界上。


       2. Cr2N和CrN型氮化物

       

       在雙相不銹鋼中,隨著含氮量(作為合金元素)的增加,尤其對近代發展的含氮超級雙相不銹鋼而言,研究氮化物的析出顯得十分必要,因為它對雙相不銹鋼的組織和性能有一定的影響。00Cr25Ni5Μο3Ν鋼經高溫固溶處理后,由于鐵素體中氮的溶解度低,呈過飽和狀態,快速冷卻時會導致Cr2Ν在鐵素體晶界和晶內析出,且隨著固溶溫度的升高,析出數量增多。Cr2Ν往往與γ2是伴生的,氮化物周圍貧Cr區促進了二次奧氏體的形成,從而對鋼的耐腐蝕性能產生一定的影響。Cr2Ν是氮化物的主要析出形式。此外,在雙相不銹鋼中還會析出一種立方晶系的CrΝ型氮化物,這種氮化物的析出很少見,一般對鋼的韌性和耐蝕性能沒有顯著影響。


      三、金屬間相


        雙相不銹鋼中除化學成分和相比例會影響性能外,金屬間相的析出也會對鋼的性能有顯著的影響。雙相不銹鋼中金屬間相主要有σ相、χ相、α′相、R相、π相和Fe3Cr3Mo2Si2相等。這些相都屬于脆性相,會影響鋼的力學性能和耐腐蝕性能,所以,需要盡量避免它們的析出。

       

       1. σ相


        σ相是雙相不銹鋼中危害性最大的一種析出相,它硬且脆,可顯著地降低鋼的塑性和韌性;又由于它富鉻,因而在其周圍往往出現貧鉻區或由于它本身析出而使鋼的耐腐蝕性能降低。雙相不銹鋼中由于含有鎳、鉬等元素,使得σ相的析出溫度高于950℃,為了避免σ相得析出,雙相不銹鋼經固溶處理后要求快速冷卻。


       2. χ相


        在雙相不銹鋼中,χ相一般在700~900℃ 溫度范圍內首先沿鐵素體晶界及鐵素體-奧氏體相界析出,通常析出的數量要比σ相少很多;與σ相相比,它在較低的溫度和較窄的溫度范圍內存在。χ相同樣對韌性和耐蝕性能有不利的影響,但因它常與σ相共存,很難區分他們的各自的影響,又因它占的比例較少,顯得不如σ相那么重要,但也不容忽視。


       3. α′相


       雙相不銹鋼在400~500℃溫度范圍內長期時效會析出此相,此相發生在鐵素體內,現已研究確定,導致475℃脆性的原因與α′相有關。近期多數研究者認為,鐵素體在一定溫度范圍內按照Spinodal分解機制發生兩相分離,形成富鉻和富鐵的亞微觀尺度的原子偏聚區,即α′和α相。


       4. R相


        00Cr18Ni5Mo3Si2雙相不銹鋼在550~750℃溫度范圍內析出此相,它是含鉬量較高的一種金屬間相,化學式為Fe2Mo。


       5. p相

       

        與R相相同,在鐵素體晶粒內析出,含有較高的鉻和鉬,是一種氮化物。


       6. Fe3Cr3Mo2Si2相


        在冷卻過程中,在00Cr18Ni5Mo3Si2雙相不銹鋼中發現了一種片狀金屬間相—— Fe3Cr3Mo2Si2相,它的析出溫度范圍為450~750℃,往往在α/γ相界及α晶界、亞晶界上析出,有時也會以細針狀在晶內誕生,并且常常也會與在晶界上析出的Fe2.4Cr1.3MoSi相共存,600℃為此相的析出峰,700℃顯著減少,750℃以上消失。此金屬間相不易長大,550℃ 5 小時時效時,其厚度小于20nm,至650℃ 50小時時效,也僅增厚至50nm左右。


       


      本文標簽:雙相不銹鋼 

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