熱處理溫度對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼相組織和微觀硬度的影響

張琦

摘 要：雙相不銹鋼主要應(yīng)用于制造煉油，化肥，造紙，石油，化工等需要實(shí)現(xiàn)耐海水和耐高溫的器件。所以要求雙相不銹鋼擁有良好的硬度和抗腐蝕性。所以，制造了結(jié)合奧氏體和鐵素體優(yōu)點(diǎn)的雙相不銹鋼。這樣提高了自身的柔韌性和可塑性。同時(shí)具有強(qiáng)度高和抗腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)殡p相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體兩種相，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，改變鍛造的溫度可以改變者兩種相的比例，進(jìn)而提高雙相不銹鋼的抗腐蝕性和力學(xué)特點(diǎn)。因此，本文對(duì)不同溫度可以對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼的組織和微觀硬度造成的影響進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：超級(jí)雙相不銹鋼;熱處理;微觀硬度

引言：目前我國(guó)使用的雙相不銹鋼主要依賴于進(jìn)口，中國(guó)還沒(méi)有辦法進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，為了打破雙相不銹鋼研發(fā)公司荷蘭斯密卡邦公司和瑞典山特維克公司對(duì)雙相不銹鋼的壟斷。所以本文對(duì)那個(gè)溫度可以提高雙相不銹鋼的硬度做一定的研究，為批量生產(chǎn)雙相不銹鋼做一定的理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)及方法

1.1實(shí)驗(yàn)方法：用標(biāo)準(zhǔn)的基爾試塊來(lái)鍛造實(shí)驗(yàn)錠，用堿酚醛試紙進(jìn)行砂型澆灌。從試錠上切取16件試塊，尺寸為25mm×25mm×25mm。其中2件直接觀察鑄造狀態(tài)下的微觀組織。剩下的14塊在馬弗爐中進(jìn)行加熱處理。在1120℃-1240℃的溫度范圍內(nèi)，每隔20mm取兩件試塊進(jìn)行熱處理，在保溫兩個(gè)小時(shí)后快速的放入冷水中進(jìn)行冷卻處理。在冷卻時(shí)候，對(duì)熱處理的14塊試塊進(jìn)行加工，成為20mm×20mm×20mm的金相試塊.在16塊試塊進(jìn)行機(jī)械拋光之后，放入有10%KOH的溶液中，進(jìn)行60s的電解腐蝕，使用45V的電壓，3mA的電流。然后在顯微鏡下去觀察14塊試塊的組織。

2 結(jié)果及討論

2.1結(jié)果

（1）鑄態(tài)金相組織

在顯微鏡下，鑄態(tài)金相組織以方塊狀為主，在深色的鐵素體上相連接，形成顏色一樣的柱狀晶體。并且，柱狀晶體較為粗大，在鐵素體上分布較滿。同時(shí)，白色的奧氏體沒(méi)有固定的形狀，呈不規(guī)則狀分布。結(jié)晶的邊界較為尖銳，由很強(qiáng)的形狀感。

（2）熱處理時(shí)溫度對(duì)微觀組織的影響

依照實(shí)驗(yàn)，分別選取了1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃、1220℃、1240℃.將1120℃作為起始溫度，用這7種溫度進(jìn)行熱處理時(shí)溫度對(duì)微觀組織的影響的實(shí)驗(yàn)。這7種溫度對(duì)試塊產(chǎn)生了不同的影響，顯微鏡下的奧氏體和鐵素體的形狀與分布。

根據(jù)顯示經(jīng)過(guò)高溫處理后，奧氏體晶體變得破碎，沒(méi)有了枝晶軸，結(jié)晶的邊界變得圓潤(rùn)，沒(méi)有了棱角。在鐵素體上分布的較為分散。沒(méi)有固定的形狀。

根據(jù)顯示，在溫度增加后，奧氏體逐漸變得更加破碎，沒(méi)有固定的形狀，但是，逐漸向長(zhǎng)枝體的形狀靠近。有些奧氏體相聚較為靠近。結(jié)晶邊界相對(duì)于比較圓潤(rùn)。

可知，在溫度繼續(xù)增加20℃之后，奧氏體變得更加細(xì)碎，大多數(shù)的奧氏體變?yōu)殚L(zhǎng)枝體，還有一些小的，圓潤(rùn)的奧氏體分布在長(zhǎng)枝體周圍，長(zhǎng)枝體的奧氏體有明顯的結(jié)晶邊界。

可知，奧氏體在鐵素體基體上的分布更加沒(méi)有規(guī)律，長(zhǎng)枝體較多。并且奧氏體的含量較前四個(gè)溫度少了很多。鐵素體的含量逐漸增多。

奧氏體由中間將四周擴(kuò)散，奧氏體的形狀更加的沒(méi)有規(guī)律，奧氏體晶體邊緣不規(guī)整，沒(méi)有棱角。

在溫度增加了20℃之后，奧氏體的形狀和分布與前五個(gè)溫度有了巨大的區(qū)別。奧氏體開始由長(zhǎng)條狀為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆灰?guī)則狀為主。形狀沒(méi)有規(guī)律可言。單個(gè)奧氏體的體積開始變大。深色的鐵素體的分布變大，更加明顯。

根據(jù)顯示，在最后一個(gè)溫度下，奧氏體大部分變?yōu)闄E圓形，由少數(shù)的長(zhǎng)條狀不規(guī)則體。每個(gè)奧氏體之間的間距變得更大，并且，奧氏體的整體體積開始變小，被鐵素體占據(jù)。同時(shí)奧氏體的分布更加不規(guī)律。結(jié)晶的邊緣相較之前溫度的邊緣更加圓潤(rùn)，沒(méi)有棱角。

由以上的實(shí)驗(yàn)可知，雙相不銹鋼組織在經(jīng)過(guò)熱處理之后，鑄態(tài)狀態(tài)下的奧氏體結(jié)晶逐漸變得沒(méi)有明確組織，沒(méi)有固定形狀，結(jié)晶的邊界變得沒(méi)有棱角。經(jīng)過(guò)逐漸遞加的溫度對(duì)試塊的處理，可以得出結(jié)論，當(dāng)溫度的升高時(shí)，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)也在增加。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，當(dāng)溫度在1120℃-1240℃的范圍內(nèi)，雙相不銹鋼中的鐵素體的占比隨著溫度的升高而增加。在1240℃時(shí)，鐵素體的含量將近60.0%，而在1120℃時(shí)，鐵素體只有43%。少了17.00%。我們可以得知，當(dāng)溫度不斷的升高時(shí)，奧氏體的枝晶逐漸由枝狀晶體變得沒(méi)有固定形狀。但是奧氏體在鐵素體上的分布的更加均勻。同樣，硬度在1120℃-1180℃的范圍內(nèi)時(shí)，雙相不銹鋼的硬度增長(zhǎng)的幅度較大，但是在超過(guò)1180℃時(shí)，硬度的增長(zhǎng)幅度就在逐漸變緩。

2討論

雙相不銹鋼相的比例與雙相不銹鋼的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能有密切的聯(lián)系。人們一般認(rèn)為。當(dāng)雙相不銹鋼中兩個(gè)相的含量基本相等時(shí)，雙相不銹鋼具有最好的性能。當(dāng)化學(xué)成分一定時(shí)，在熱處理時(shí)，溫度的高低就決定了產(chǎn)品的最終的兩相的比例。因此，將實(shí)驗(yàn)的參數(shù)帶入公式進(jìn)行計(jì)算，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ASTM A790 S32906雙相不銹鋼鐵素體含量的預(yù)測(cè)。這對(duì)今后產(chǎn)品的鋼的成分的調(diào)整和熱處理的溫度的選擇具有實(shí)際意義。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到了在1120℃-1240℃的范圍之內(nèi)的鐵素體含量，如表一所示。

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，鐵素體的含量隨著固溶溫度的升高而增加，并且，增加的幅度明顯。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)熱固溶處理，可以對(duì)S32906超超級(jí)雙相不銹鋼在鑄態(tài)下顯示的粗大的奧氏體的枝晶進(jìn)行處理。讓奧氏體的枝晶在鐵素體上分布的更加均勻，使結(jié)晶邊界變得沒(méi)有規(guī)則。

（2）在1120℃-1240℃的實(shí)驗(yàn)溫度范圍之內(nèi)，鐵素體的含量隨著溫度的不斷升高而增加，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)由鑄態(tài)的44%上升到了60%。鐵素體的上升速度明顯。在實(shí)驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)，鐵素體的含量增幅顯著。

（3）當(dāng)固溶的溫度在1140℃時(shí)，鐵素體和奧氏體兩個(gè)相的比例各占50%。所以，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在處理S32906超超級(jí)雙相不銹鋼時(shí)，1130℃-1150℃是最好的鑄造雙相不銹鋼的溫度。

（4）實(shí)驗(yàn)證明，隨著溫度的升高，S32906超超級(jí)雙相不銹鋼的硬度值也在不斷增加，當(dāng)熱處理時(shí)將溫度控制在1120℃-1180℃時(shí)，雙相不銹鋼的硬度的增幅較大。當(dāng)固溶時(shí)的溫度不斷升高時(shí)，硬度的增幅變小，幾乎不再增加。

（5）此實(shí)驗(yàn)旨在研究熱處理時(shí)的溫度變化對(duì)雙相不銹鋼的相的組織和硬度的影響。為我國(guó)破除美國(guó)對(duì)雙相不銹鋼的壟斷做一定的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張如金，耿方峰，劉仲禮，武明 熱處理溫度對(duì)雙相不銹鋼相組織和微觀硬度的影響;煙臺(tái)大學(xué)核裝備與核工程學(xué)院，2019