2205雙相不銹鋼在不同熱處理狀態(tài)下的析出相變化

杜海

【摘要】在300℃-1100℃的影響區(qū)域中，因?yàn)楹附舆^程和熱處理的不同，雙相不銹鋼會(huì)析出σ相和x相等金屬間相，同時(shí)還有M23C6和Cr2N等析出相。溫度范圍和冷卻速度對(duì)這種析出范圍造成了影響，同時(shí)合金元素含量也受到影響。

【關(guān)鍵詞】2205雙相不銹鋼 熱處理 析出相

和奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼在抗氯化物方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用在化工和石油領(lǐng)域中。但是，在雙相不銹鋼中含有合金成分較高的Mo和Cr，一旦在使用和制造中處理不恰當(dāng)，就會(huì)有氯化物和金屬間化合物析出，對(duì)機(jī)械的耐腐腐蝕性產(chǎn)生很大影響，比如σ相和x相等會(huì)讓金屬變得脆弱又堅(jiān)硬，金屬因此會(huì)變得脆化，鋼的韌性和腐蝕性會(huì)降低。材料的力學(xué)性能對(duì)析出相也會(huì)產(chǎn)生影響，比如疲勞性能和高溫蠕變等。研究不同熱狀態(tài)下的雙相不銹鋼的相轉(zhuǎn)變過程，對(duì)雙相不銹鋼的性能改善具有非常好的作用，同時(shí)對(duì)熱處理制度具有非常好的指導(dǎo)作用。

1實(shí)驗(yàn)方法

1.1熱處理制度和實(shí)驗(yàn)材料

在本次實(shí)驗(yàn)中所選擇的2205雙相不銹鋼的成分如下表1所示，在1050℃下固溶處理所有的實(shí)驗(yàn)試樣，1號(hào)樣品是直接固溶處理后的試樣，2-7號(hào)是在850℃樣品的時(shí)效45分，2小時(shí)、4小時(shí)、6小時(shí)、10小時(shí)和24小時(shí)后的試樣；8-12號(hào)是750℃時(shí)樣品的時(shí)效1小時(shí)、2小時(shí)、5小時(shí)，7小時(shí)和24小時(shí)的試樣。

1.2試劑和儀器

美國的273A/10A電化學(xué)綜合分析儀；英國的Mastersize2000激光粒度儀；美國的IRIS Intrepid 電感耦合離子發(fā)射光譜儀；日本的RINT2500/PC X射線衍射能譜議。

1.3實(shí)驗(yàn)過程

制備試樣：物理化學(xué)相分析，先將試樣精車成為Φ10毫米*100毫米的圓棒，如果要繪制極化曲線，切割試樣為Φ10毫米*1毫米的薄片，然后將其磨成鏡面；分析金相和掃描電鏡時(shí)，需要將試樣制作成為10毫米*10毫米*5毫米的小塊，待觀察面可以磨為鏡面，使用40克/升的苦味酸乙醇溶液腐蝕后再進(jìn)行分析。

提取和測定析出相：參比電極選擇的是帶鹽橋的氯化鉀飽和甘汞電極，電極選擇的是鉑絲，工作電極是圓棒狀的試樣，然后將其連接到儀器的對(duì)應(yīng)導(dǎo)線上。固定好電極后，在冷阱中將整套裝置放入然后進(jìn)行電流電解。在裝有乙醇的燒杯中加入電解結(jié)束后的試樣棒， 然后用親油濾膜將其抽成真空，進(jìn)行過濾，用乙醇將其洗干凈，然后放在真空中干燥。用X-射線衍射儀分析其結(jié)構(gòu)，氮分析可以用氧氮分析儀做，成本分析可以用化學(xué)濕法分析來進(jìn)行。

2結(jié)果和討論

2.1微觀觀察析出相形貌和不同時(shí)效下析出相的百分含量

在晶間和晶內(nèi)沒有進(jìn)行時(shí)效處理的試樣不會(huì)有析出相存在，時(shí)效剛開始時(shí)析出相存在于晶界間，隨著時(shí)間的延長和時(shí)效溫度的升高，鐵素體在轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程中會(huì)在其內(nèi)部生成析出相。在奧氏體和鐵素質(zhì)中有著不同含量的合金元素，鉬和鉻富集在鐵素體中，這利于鐵素體相中形核這兩種元素。另外，因?yàn)殍F素體中沒有很高的晶格原子密度，合金元素在鐵素體中的擴(kuò)散速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在奧氏體中的擴(kuò)散速度，所以，會(huì)在鐵素體相中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，在奧氏體中并沒有發(fā)生變化。

從圖2中得出，在一致的電解情況下，樣品在不同時(shí)效條件下沒有太大的電解量變化。在需要考察的時(shí)效時(shí)間內(nèi)，隨著時(shí)間的增長析出相的百分含量出現(xiàn)了明顯的上升趨勢。在相同的電解條件下，試樣棒如果沒有經(jīng)過時(shí)效處理，在電解后其失重是0.705克，這和時(shí)效后的試樣沒有很大的差別，電解殘?jiān)鼛缀鯖]有留下。所以，試樣的析出相是熱處理之后生成的，750℃要比850℃慢，時(shí)效條件相同的情況下，越長的時(shí)效時(shí)間對(duì)應(yīng)著越高的析出相質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.2析出相在不同熱狀態(tài)下的變化情況

選取550℃時(shí)效24小時(shí)、650℃時(shí)效2小時(shí)和24小時(shí)的電解提取殘?jiān)纱酥瞥蒟RD圖譜，如下圖3顯示試樣的析出相沒有很多的種類，同時(shí)有著不完整的晶形，有的相還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，析出相通過電解殘?jiān)梢缘贸?，它占了很小的電解失重比重。從圖3中可以看出，結(jié)果主要是碳化物，也有金屬間化合物和氮化物生成，在600℃以上氮化物和σ、x有著較快的二次相析出，需要在焊接過程中加以注意。

3結(jié)論

在本文中用實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)不同熱處理狀態(tài)下雙相不銹鋼的析出相種類、含量等進(jìn)行了揭示。立方晶的x相富含Mo金屬間化合物相，它是雙向不銹鋼在700℃-900℃范圍內(nèi)較σ相先生成，x相是亞穩(wěn)態(tài)的。如果將其時(shí)效時(shí)間延長，它的量會(huì)逐漸減少，σ相從無到有并且逐步增多。2205雙相不銹鋼的析出相一般在晶界分布，隨著時(shí)間的增長和溫度的升高，在由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的過程中，特素體內(nèi)部也會(huì)生成金屬間相，早600-800℃時(shí)生成以Cr2N為主的氮化物。

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