雙(shuang)相不銹鋼(gang)與(yu)其他不銹鋼(gang)一(yi)樣，為滿足(zu)使用的(de)機械性能(neng)和耐腐(fu)蝕性能(neng)的(de)要(yao)求，應當依靠正確的(de)熱處理(li)來保證。

 亞洲歐美色綜合一區二區在線: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(xiang)比例的關系

 我們已(yi)經知道，雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在平(ping)衡(heng)狀態下(xia)的(de)(de)兩相(xiang)比(bi)例主要與化學成分有關，即(ji)與鋼(gang)中鉻當(dang)量和鎳當(dang)量及其(qi)它們的(de)(de)比(bi)例系數P有關，P=Cr/Ni.所以，一般情況下(xia)，用(yong)P值來衡(heng)量雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)兩相(xiang)含(han)量比(bi)，P值越大，說明雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)鐵素體含(han)量也越大。

 但是，雙相不(bu)銹鋼中(zhong)兩相的比例還受(shou)鋼的加熱溫度的影響。

即P相同(tong)的(de)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼，在不同(tong)的(de)溫度加熱(re)后，有不同(tong)的(de)兩相比例。見圖6-9。

圖6-9 中三種雙(shuang)相不銹鋼的化(hua)學成分見表6-4 。

從圖(tu)6-9可見，雙(shuang)相不銹鋼(gang)隨加熱溫(wen)度的升高，奧氏體不斷減少，鐵(tie)素體不斷增加，當加熱溫(wen)度超過(guo)1300℃時(shi)，某些雙(shuang)相不銹鋼(gang)甚至可以變(bian)成(cheng)單(dan)相鐵(tie)素體組織。

因此，為了調(diao)整雙相不銹鋼兩相組織(zhi)具有理想的比(bi)例(li)，應控制合理的加熱溫度和保溫時(shi)間。

二(er)、加熱溫(wen)度對(dui)兩相中合金成(cheng)分的影(ying)響

  雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼兩(liang)(liang)相(xiang)相(xiang)對穩定平(ping)衡時(shi)，合金(jin)元(yuan)素(su)(su)在兩(liang)(liang)相(xiang)中(zhong)的(de)含(han)量(liang)也相(xiang)對穩定。但是(shi)，合金(jin)元(yuan)素(su)(su)在兩(liang)(liang)相(xiang)中(zhong)的(de)分(fen)(fen)配是(shi)不(bu)同的(de)。一般的(de)分(fen)(fen)配規(gui)律是(shi)，鐵素(su)(su)體(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)，如鉻、鉬、硅等(deng)富集于鐵素(su)(su)體(ti)中(zhong)；奧氏體(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)，如鎳、氮、錳等(deng)富集于奧氏體(ti)中(zhong)。

合金(jin)元素(su)(su)在(zai)不(bu)同的加熱溫(wen)度(du)條(tiao)件(jian)下，在(zai)兩相中(zhong)的分配(pei)是不(bu)同的，而且，隨著溫(wen)度(du)的升(sheng)高(gao)，合金(jin)元素(su)(su)在(zai)兩相中(zhong)的分配(pei)趨于(yu)(yu)均勻，即合金(jin)元素(su)(su)在(zai)鐵素(su)(su)體(ti)中(zhong)的含量(liang)與在(zai)奧氏體(ti)中(zhong)的含量(liang)的比值K趨向于(yu)(yu)1。見表6-5。

所(suo)以，選擇合理的加熱(re)溫度，使兩相組織中有合適的合金元素含量(liang)，使每一相都具有較高的耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)當(dang)量(liang)值，可以保證雙相不銹(xiu)鋼的耐(nai)腐蝕(shi)性能。

三、加熱和冷卻對雙相不(bu)銹鋼中析出相的影響

 雙相不銹鋼(gang)在加熱和冷卻過(guo)程(cheng)中，除兩相比(bi)例、兩相中合金元素發生變化外，還有一些其(qi)他相，如碳化物相、氮(dan)化物相、金屬(shu)間(jian)相、二次奧氏體(ti)等的析出和溶解(jie)過(guo)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.這些析出相的存在會對雙相不銹鋼的機械性能和耐(nai)腐蝕性能產生不利的影(ying)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.

 當然，隨著(zhu)冶金(jin)技術的提高(gao)，一些(xie)超級雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的含碳(tan)量(liang)可以控制在(zai)(zai)小(xiao)于0.03%或更低。因此(ci)，在(zai)(zai)這類雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)，碳(tan)化物(wu)析出量(liang)很少(shao)，并且雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)含鉻量(liang)又(you)較高(gao)。所以，碳(tan)化物(wu)對雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐腐蝕性能的實際影(ying)響(xiang)遠小(xiao)于在(zai)(zai)奧氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的影(ying)響(xiang)。

 一旦在某些雙相不銹鋼中有碳化物析(xi)出(chu)，只要在固溶溫(wen)度保溫(wen)后快速(su)冷卻，即可阻止碳化物的(de)析(xi)出(chu)。

2. 金屬間相

由于雙(shuang)相不銹鋼中含有較高量的鉻、鉬等金屬(shu)元素，所以(yi)，較易形成金屬(shu)間(jian)化合物，即金屬(shu)間(jian)相。

a. σ相

  雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)鐵素(su)體中(zhong)除了(le)高的(de)(de)(de)鉻元(yuan)素(su)外，還有鉬(mu)(mu)和(he)鎳的(de)(de)(de)存在，尤其是鉬(mu)(mu)擴(kuo)大了(le)σ相的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)溫度范圍，縮(suo)短了(le)σ相形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)時間(jian)，所以，雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)σ相的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)比奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)更嚴(yan)重。試(shi)驗研究表明，雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)σ相在950℃左右即可形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)，而且在數(shu)分(fen)鐘之內(nei)就可析(xi)出(chu)。

  根據對00Cr25Ni7Mo4N雙相(xiang)不(bu)銹鋼的研究表明，σ相(xiang)優(you)先在(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)－奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)－鐵(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)交點處形核，然后(hou)沿鐵(tie)素體(ti)(ti)－鐵(tie)素體(ti)(ti)晶(jing)界長(chang)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。

  無論以何種方(fang)式析(xi)出形成的(de)σ相(xiang)，都會顯著降低雙相(xiang)不銹鋼的(de)塑(su)性和韌(ren)性。并(bing)且，在(zai)σ相(xiang)周圍會形成貧鉻(ge)區，成為(wei)影(ying)響雙相(xiang)不銹鋼耐腐蝕性的(de)原因之(zhi)一。

  為了(le)防(fang)止(zhi)σ相的析(xi)出，應(ying)在固溶溫度保溫后快速冷(leng)卻。

 b. x相(xiang)

  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)鋼使用中不希望x相(xiang)、R相(xiang)存在，應通過(guo)固溶處理快速冷卻(que)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(xiang)的存在(zai)對雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的嚴重危(wei)害就是脆性。因雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)含碳比鐵素體不(bu)(bu)銹鋼(gang)含碳低，且含鉻高(gao)，所以，高(gao)鉻區的形(xing)成(cheng)在(zai)耐(nai)腐蝕性方面的影響(xiang)不(bu)(bu)明(ming)顯(xian)。

 為(wei)保(bao)證(zheng)雙相不銹鋼(gang)有(you)良好的塑性和韌(ren)性，應采用正(zheng)確的熱處理方(fang)式消除α'相。

  總之(zhi)，雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的這些(xie)金(jin)屬(shu)間相對塑(su)性和韌性，對耐腐蝕(shi)性均產生不利的影響。因此，在雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的熱(re)加(jia)工過程中(zhong)，應(ying)盡(jin)力(li)避免它們的產生。一(yi)旦產生了，就應(ying)通過重新加(jia)熱(re)到正確的固溶溫度使之(zhi)溶解，再采用快速冷卻的方式防止其再形(xing)成。

3. 二次奧氏體γ₂

  雙相(xiang)不(bu)銹鋼中的兩相(xiang)組(zu)織隨加熱溫(wen)度的升高而變化，當(dang)溫(wen)度超過1300℃時(shi)，有些雙相(xiang)不(bu)銹鋼可(ke)能(neng)全(quan)部(bu)為鐵(tie)素(su)體(ti)組(zu)織，這(zhe)時(shi)的鐵(tie)素(su)體(ti)穩定(ding)性差(cha)，在(zai)以后的冷卻過程中，在(zai)鐵(tie)素(su)體(ti)晶界(jie)處(chu)會有部(bu)分鐵(tie)素(su)體(ti)轉變成奧(ao)氏(shi)體(ti)，這(zhe)種奧(ao)氏(shi)體(ti)稱做(zuo)二次(ci)奧(ao)氏(shi)體(ti)。依據冷卻速度不(bu)同，二次(ci)奧(ao)氏(shi)體(ti)的形(xing)(xing)成機制及形(xing)(xing)態也有所(suo)差(cha)別。

  在較高溫(wen)度下形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的二次奧氏(shi)體(ti)(ti)是(shi)以(yi)(yi)形(xing)(xing)核和長大的方式完成(cheng)(cheng)的，屬(shu)擴(kuo)散(san)型轉變。經(jing)研究(jiu)發現，高溫(wen)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的二次奧氏(shi)體(ti)(ti)多在鐵素體(ti)(ti)的位錯(cuo)處形(xing)(xing)核，沿鐵素體(ti)(ti)亞(ya)晶界長大，所(suo)以(yi)(yi)，在組(zu)(zu)織形(xing)(xing)態上具有魏氏(shi)組(zu)(zu)織特征。高溫(wen)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的二次奧氏(shi)體(ti)(ti)與周圍的鐵素體(ti)(ti)相比，具有較高的含鎳(nie)量和較低的含鉻量，在基(ji)體(ti)(ti)中形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)分的不均勻性。

  在(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)度范圍，如在(zai)300~650℃溫(wen)度區間形成的二次奧(ao)氏體(ti)具有非擴(kuo)散型轉變(bian)特征(zheng)，屬(shu)馬氏體(ti)型的切變(bian)轉變(bian)。在(zai)自高溫(wen)水冷時，一般得不到這種二次奧(ao)氏體(ti)。

  再(zai)一(yi)種(zhong)情況(kuang)是在600~800℃溫(wen)度范圍(wei)，組織中析出σ相或碳化(hua)物時，在其周圍(wei)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)富(fu)鎳貧鉻區也會轉變為二次奧氏(shi)體。所以，有的(de)將(jiang)這種(zhong)二次奧氏(shi)體的(de)形(xing)成(cheng)(cheng)方(fang)式歸類于鐵素體共析反(fan)應(ying)，是共析反(fan)應(ying)產物。

  無論是以哪(na)一(yi)種(zhong)方式形成(cheng)的二次(ci)奧氏體(ti)，都會造成(cheng)新的合(he)金成(cheng)分的不(bu)均勻性，給耐腐蝕性帶來不(bu)利的影響(xiang)。

4. 氮(dan)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(suo)述，雙相不銹鋼熱處理的(de)理論(lun)依據就是利(li)用(yong)合金(jin)元(yuan)素和碳化物或金(jin)屬間相在加(jia)熱時可溶(rong)解(jie)于(yu)基體(ti)中，而快冷(leng)不再析出的(de)原理。這(zhe)些內容在本書(shu)前面各章節有論(lun)述，這(zhe)里不再進(jin)一步說(shuo)明。

 雙相不銹鋼的熱處理(li)方式是加熱保(bao)溫后(hou)采用(yong)快(kuai)速冷卻(que)。從工藝過程看，完全相當于奧氏體不銹鋼的熱處理(li)，通常也稱固溶熱處理(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。