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      超級雙相不銹鋼

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      SAF2507超級雙相不銹鋼組織納米壓痕影響有哪些

      來源:至德鋼業 日期:2020-10-26 23:01:53 人氣:475

       浙江至德鋼業有限公司技術人員在對本工廠所生產的SAF2507超級雙相不銹鋼研究分析過程中,發現其組織納米壓痕影響主要有以下幾點:


      一、SAF2507超級雙相不銹鋼焊接接頭各區域組織的納米壓痕


        SAF2507超級雙相不銹鋼之所以擁有良好的力學性能,是因為它兼具了鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優良性能,對于雙相不銹鋼而言,單相組織的性能決定了其綜合性能。納米壓痕技術是精密測量技術,在實際操作時,包括加載和卸載兩個過程,得到加載曲線和卸載曲線。壓頭加載時,壓頭壓入試樣表面,得到最大壓痕深度(hmax),到達加載力時卸載,試樣回復一定的變形量,壓頭會在試樣表面留下一個壓痕,叫做殘留壓痕深度(hf)。整個加載和卸載的過程,可以測得試樣的硬度及彈性模量。在此小節,采用納米壓痕技術測量焊接接頭不同區域的雙相組織彼此的納米壓痕硬度及彈性模量,為焊接接頭整體的顯微硬度表征作出參考依據。


      二、SAF2507超級雙相不銹鋼焊縫及母材區雙相組織納米壓痕


        焊接接頭及母材的納米壓痕載荷-位移曲線如圖所示,根據載荷-位移曲線,實測得每個區域不同相的最大壓痕深度和殘留壓痕深度,結果如表所示,對于焊接接頭與母材,不論什么區域的焊縫,在同一區域鐵素體的最大壓痕深度均大于奧氏體的壓痕深度,殘留壓痕深度也高于奧氏體的殘留壓痕深度。在加載力相同的情況下,壓痕深度一定程度上表征了硬度的大小,納米壓痕技術實測的各區域鐵素體相的平均硬度小于奧氏體,在LMHW上半部分焊縫區域,鐵素體相的納米壓痕硬度比奧氏體相平均低39HV,這是兩相組織硬度差值最大的地方,兩相硬度差值最小的地方是GTAW中部的焊縫區域,差值約為10HV。關于雙相鋼鐵素體相與奧氏體相的硬度,他人也做過相關試驗,試驗結果普遍認為,鐵素體的硬度要高于奧氏體組織的硬度,與本文試驗結果相反,結合本文試驗過程分析,在SAF2507超級雙相不銹鋼經過金相腐蝕液腐蝕過后,所得的金相組織并不在同一個基準面,奧氏體組織略微突出,鐵素體組織襯于奧氏體組織的下方,在使用同一個校準點進行矯正的時候,納米壓痕技術測量的hmax和hf都大于實際值,因此測量的鐵素體硬度偏小,實際的鐵素體相硬度要比測量值大。同時,根據他人的EBSD結果,雙相不銹鋼的雙相組織中存在許多亞晶界,亞晶界大多存在于奧氏體組織中,鐵素體相中很少存在。在用納米壓痕技術測量硬度時,盡管壓痕很小,但由于SAF2507超級雙相不銹鋼特殊的長而窄的組織形貌,在奧氏體相上壓痕依舊會覆蓋很多亞晶界,由一定的晶界強化作用,使得奧氏體相的硬度升高,綜合這兩點因素考慮,測量的鐵素體相硬度嚴重偏小,奧氏體相硬度偏大,因此鐵素體的實際硬度應該高于奧氏體。彈性模量是表征材料剛性的物理量,納米壓痕試驗時,可以從卸載曲線中測得彈性模量的大小。焊接接頭各區域雙相組織的彈性模量大小如圖所示,由圖可見,接頭各區域雙相組織中,鐵素體的彈性模量都比奧氏體組織大,整體而言,LBW焊接接頭和母材的彈性模量要高于GTAW接頭和LMHW焊接接頭,因為GTAW和LMHW焊接接頭都有弧焊填絲,在焊縫熔池中,溶質金屬的加入往往會造成點陣畸變,導致焊縫彈性模量的降低。Mo元素是素體化的元素,它對材料的彈性模量有很大的影響,鉬元素含量越高,組織的彈性模量就越大,鐵素體中鉬元素的含量高于奧氏體組織,因此鐵素體的彈性模量也高于奧氏體。再者,一般體心立方結構的彈性模量高于面心立方的彈性模量,鐵素體是體心立方,奧氏體是面心立方,在同域的鐵組織和奧氏體組織,元素偏聚效應沒有多個區域那么強,因此鐵素體的彈性模量高于奧氏體組織。而對于不同接頭之間,元素分布差異較大,不同接頭的不同區域元素聚集作用不一,LBW焊接接頭的冷卻速度最快,最容易造成鉬、鉻等元素的聚集,導致彈性模量的增高。


       三、熱處理對SAF2507超級雙相不銹鋼組織納米壓痕的影響


       經過固溶處理之后的焊接接頭及母材的納米壓痕載荷-位移曲線如圖所示,根據載荷-位移曲線,實測得每個區域不同相的最大壓痕深度和殘留壓痕深度,結果如表所示,對于焊接接頭與母材,不論什么區域的焊縫,經過固溶處理之后,在同一區域奧氏體的平均最大壓痕深度仍然大于鐵素體組織,納米壓痕深度越大,說明組織“越軟”,但是跟未固溶處理之前相比,兩相之間納米壓痕的測量值相差很小,在LMHW上部分焊接接頭中,奧氏體納米壓痕硬度只比鐵素體高1.8HV,在GTAW中心焊縫區域,兩相的納米壓痕硬度差距最大,約為20HV。固溶處理使得焊接接頭的元素分布發生變化,由于焊接過快的冷卻速度造成點元素偏析的現象有所減少,更多的奧氏體組織析出,這是導致了所測的納米壓痕硬度結果更為均衡的主要原因。但根據理論結果,鐵素體的納米壓痕硬度應高于奧氏體,與所測結果相反。經過固溶處理之后,焊接接頭最大的改變僅僅是元素分布與雙相組織的相變,鐵素體組織與奧氏體組織不在同一個平面上的狀況并沒有改變,這個對試驗結果最大的影響因素依然存在,因此試驗結果與實際情況仍有較大誤差。由第三章金相圖片可知,對焊接接頭進行固溶處理,LMHW和GTAW焊接接頭中析出了大量的σ相,由于單個σ相面積小,難以被壓頭壓中,因此在σ相周圍區域采用盲打的方式,嘗試測量σ相的納米壓痕硬度,結果顯示σ相的納米壓痕硬度約為627.777HV,遠高于測量的鐵素體及奧氏體硬度。σ相的存在對于后續顯微硬度的測量將有很大的影響,會造成顯微硬度的局部不均勻性。經過固溶處理之后,焊接接頭各區域雙相組織的彈性模量大小如圖所示,由圖可見,經過固溶處理,接頭各區域雙相組織中,鐵素體的彈性模量仍都比奧氏體組織大,但相比較于固溶處理之前,雙相組織的彈性模量都有一定程度的下降。鐵素體是體心結構,而奧氏體組織是面心結構,體心結構的彈性模量高于面心結構的彈性模量,因此測得的鐵素體彈性模量要高于奧氏體。經過固溶處理之后,大量的鐵素體組織轉變為奧氏體組織,鐵素體化元素鉬擴散到接頭各個區域,比固溶處理之前分布更為平均,這是彈性模量整體減小的原因之一。另外,經過固溶處理,焊接接頭中局部存在的位錯滑移等現象減少,這也進一步降低雙相組織的彈性模量。


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