您所在的位置:首页 > 不锈钢知识 > 不锈钢管件 > 正文

双相不锈钢管件的应用与研究

作者:管件 来源: 日期:2020/5/23 17:48:53 人气:13

双相不锈钢管件的固溶态组织中存在着比例大致相等的奥氏体和铁素体相,但在3001000℃的区间这种双相组织是不稳定的,等温时效时会出现一些其它的二次相,如M23C6Cr2N和金属间相等,虽然这些相在单相奥氏体不锈钢管件中也会出现,但是由于铁素体的存在,这些相的析出行为在在双相不锈钢管件中有了一定的不同:相较奥氏体相而言,铁素体相的原子密排度低,所以合金元素在铁素体中的扩散速度相对较高。例如在700℃铬在铁素体中扩散的速度要比在奥氏体中高出百倍。另外MoCr在铁素体中溶解度更高,所以这两种元素的金属间相在铁素体中形核也就更加简单,这些因素就会使铁素体先发生组织的转变和分解。双相不锈钢管件1300℃以上一般会呈现出单相的铁素体组织,在两相区进行等温时效时会重新有奥氏体析出,即二次奥氏体。在低于950℃时效时铁素体和奥氏体边界上会析出M23C6型化合物,出现这种现象的原因是奥氏体中含碳量高,而铁素体中含CrMo等元素较高,所以碳化物析出的有利位置就是相界。但是由于第二代第三代双相不锈钢管件的含碳量非常低,这样碳化物析出量很小,虽然对于奥氏体不锈钢管件来说碳化物析出会造成的抗晶间腐蚀性严重下降,但是在双相不锈钢管件中这种情况有了相当程度的减轻。影响双相不锈钢管件性能的一个主要原因是析出的金属间相,主要分类有σ相x相、α’相、R相、π相、FeaCrMo2Si2等。σ相是其中对双相不锈钢管件性能危害最大的一种相。σ相硬且脆,会使钢的塑韧性显著恶化。由于σ相是一种富Cr相会使其周围形成贫Cr区导致双相不锈钢管件耐蚀性降低。双相不锈钢管件铁素相中MoNi元素的存在,尤其是Mo扩大了σ相的形成温度区间并加快了形成速度。σ相的存在温度高于950℃并且可在数分钟内析出。在700-900℃的温度区间内,x相一般沿着铁素体晶界和铁素体与奥氏体相界析出,这种析出相也对材料的韧性和耐蚀性有不利影响,但由于析出量小,影响的严重程度不及σ相。G.Fargas等研究了热轧态双相不锈钢管件退火温度对机械成型性能和耐蚀性的影响,结果表明:在875℃进行退火态双相不锈钢管件中析出σ相,材料的力学性能和耐蚀性明显改变,试样的硬度和强度上升,塑性和冲击韧性有了显著的下降,成形性能发生恶化,耐蚀性降低。A.Momeni等研究了热加工对双相不锈钢管件第二相的影响,研究表明:热加工会促进。相的析出,并且σ相的体积分数随着变形温度和应变速率的减小和增加。

双相不锈钢管件具有双相组织,由于铁素体和奥氏体在高温区变形行为的差别,导致双相不锈钢管件塑性相对较差。铁素体型双相不锈钢管件在变形时主要发生动态回复,这是亚晶中位错发生运动的结果;而奥氏体在应变高于临界值后主要发生动态再结晶。变形机制不同导致应力应变分布的差异,所以在相界处容易发生裂纹的形核和扩展。在高温变形过程中,铁素体发生的动态回复软化要在奥氏体的动态再结晶前发生,所以双相不锈钢管件的热塑性主要由奥氏体相的变形行为所决定。应变首先集中在铁素体相中,随着应变的增加,直到引起再结晶时一部分应变也会转移进入奥氏体相中。将温度提升可以使奥氏体再结晶更易发生,并且升温后铁素体的相比例提高,两个因素共同发生作用使双相不锈钢管件热塑性提高。陈雷等利用Gleeble研究了2205双相不锈钢管件在较高温度下的变形行为,发现随着温度提升、应变速率降低,流变应力减小,奥氏体动态再结晶更易于发生。

相较于奥氏体不锈钢管件双相不锈钢管件的冷加工硬化效应更为明显,尤其是在变形初期更为显著。双相不锈钢管件板材或管材开始变形时抗力大,屈服不容易出现,需要外力的进一步提高来使其变形。冷加工后的双相不锈钢管件的各向异性明显,轧板组织中的奥氏体与铁素体相呈条带状,这样的组织特征不利于冷成型。双相不锈钢管件的深冲性能相对来说也并不十分出众,形变阻力大,杯突实验负荷大、深度浅,深冲表面发生横向开裂,这种现象通过加铜后有所改善,但性能仍不如奥氏体不锈钢管件,双相不锈钢管件回弹量也较大。

加工后的双相不锈钢管件经常需进行热处理,目的为恢复力学性能和耐蚀性能。在950℃以下进行热处理时,双相不锈钢管件中会析出多种相,通常这些析出相对双相不锈钢管件的性能不利,因此双相不锈钢管件在通常情况下只进行固溶处理,其工艺是指将双相不锈钢管件加热到一定温度,并保温一定时间,使析出相完全溶解之后快速冷却。固溶处理的加热温度高,目的是保证析出相能够完全溶解而并不产生新的析出相。保温时间也应足够长,因为析出相完全溶解需要一定时间。冷却速度要足够快,从出炉到冷却的间隔时间也应尽量短,这是因为双相不锈钢管件中析出相的析出速度是相当快的。一般双相不锈钢管件固溶处理的冷却手段采用水淬,温度应在1020℃以上入水,避免新的析出相产生。在射水冷却时应保证水流量足够大、水淬池也要足够大来获得比较好的冷却效果。虽然普通双相不锈钢管件的耐蚀性能很好,但是强度耐磨性等性能指标相较于超级奥氏体不锈钢管件和超级双相不锈钢管件仍然有很大差距,在很多苛刻环境中仍然需要使用这些超级不锈钢管件,而这些高合金不锈钢管件的生产成本非常高,这些性能上的短板大大限制了双相不锈钢管件的应用。