【文章內(nèi)容簡介】 就是其雙相組織。除此之外 , 還常伴有其他相組織的產(chǎn)生 , 這些次生相也或多或少的影響鋼材的性能。對雙相鋼來說 ,特殊的合金元素 組成是保證構(gòu)成雙相及各相比例的基礎(chǔ) , 通過主要元素的含量 , 可以預(yù)測金相組 的相比例。目前 , 國際上使用較多的是美國焊接研究會 WRC提出的 WRC一 92 組織圖 見圖 31 部分奧氏體鋼及雙相不銹鋼的成分及 PREN PREN 值 表 3 3 部分奧氏體鋼及雙相不銹鋼的成分及 PREN 值 化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) %) 組織 鋼種 C 308L 奧氏體 316L 2205 雙相不銹 255 鋼 2507 25 7 4 42 25 6 3 38 18 22 12 5 2 3 ? 25 34 Cr 20 Ni 10 Mo ? N ? 20 PREN A 一奧氏體 。AF 一奧氏體一鐵素體 。 FA 一鐵素體一奧氏體 。F一鐵素體 。 Creq Cr%+Mo%+ Nb% NieqNi%+35 C%+20 N%+ Cu% 從圖31 可看出 , 鉻、鉑、妮是主要的鐵素體相形成元素 , 而鎳、碳、氮、銅 是主要的奧氏體相形成元素。改變這些元素的含量 , 即可改變固溶組織中的相比例。 除了不同元素的組成及比例影響相比例外 ,熱處理也將在一定程度上影響相 的比例。雙相鋼在高溫下 1300℃以上 , 呈現(xiàn)單一的高 溫鐵素體組織 , 即δ相。 但冷卻過程中粗大的δ相阿會轉(zhuǎn)變成常溫鐵素體相α相和奧氏體相γ相。由 于α相與γ相的生成條件、速度不同 , 因而不同的冷卻起點(diǎn)溫度及冷卻方式速度 會使α相與γ相有不同的最終比例 , 而且其組織特征也不同。其實(shí) , 熱處理對相比例的影響是有限的 , 但對二次相對鋼材性能的影響比較大的生成才是至關(guān)重 要的。 常用的雙相鋼常會在冷卻過程中出現(xiàn)二次相。主要的二次相有二次奧氏體、 碳化物、 δ 相 、χ相、 R 相等。 1 二次奧氏體γ 2 。雙相鋼冷卻時(shí)會在鐵素體相中析出γ 2 。 γ 2 相具有一定 的奧氏體相特征 ,會促進(jìn)σ相的生產(chǎn)。 2 碳化物 M 23 C 6 的存在不利于鋼材的耐蝕性?？焖倮鋮s可避免 M 23 C 6 的生成。 3 δ 相硬而脆 , 可顯著降低鋼材的塑性和韌性。δ 相富含鉻 , 使其周圍因鉻 δ 相是一種危害最大的二次相。以急冷方式快速通過該 而耐腐蝕性降低。鑒于此 , 溫度區(qū)間 , 可有效避免 δ 相的產(chǎn)生。 4 χ相、 R 相、都是在一定的溫度區(qū)間 550℃ 750℃ 析出的金屬間相 , 富 鉻和鉬 , 硬而脆 , 易降低鋼材的耐腐蝕性。 但與 δ 相相比 , 析出的量較少 , 因此其 危害低于 δ 相。 3 . 耐腐蝕性能 開發(fā)雙相鋼就是解決奧氏體不銹鋼腐蝕開裂性能的問題 , 并同時(shí)獲得高強(qiáng)度。 1 均勻腐蝕。一般來講 , 雙相組織并不利于鋼材耐電化學(xué)腐蝕 , 因?yàn)榭赡艹? 現(xiàn)電偶腐蝕。在某些強(qiáng)氧化性酸和強(qiáng)還原性酸中 , 其耐腐蝕性有時(shí)不如奧氏體 , 但有時(shí)比奧氏體還好。在有機(jī)酸中 , 它和奧氏體不銹鋼一樣都具有良好的耐腐蝕 性。在堿液中 , 其耐腐蝕性相對較差些。 孔蝕是一種局部腐蝕 , 也是不銹鋼最有害的腐蝕型式之 一 , 它往往成為 應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞腐蝕開裂的根源。目前比較流行的是通過孔蝕指數(shù) PREN 來 評價(jià)鋼材的耐孔蝕性能。即將耐孔蝕的幾個(gè)主要元素折合成鉻含量的當(dāng)量 , 通過 鉻含量的當(dāng)量 PREN 來判斷鋼材的耐孔蝕性能 :PRENCr%+%+16xN%因此 , 對于鋼材的抗孔蝕性能 , 除了考慮其值外 , 還要在生產(chǎn)過程中力求避免相的生成 , 減少金屬夾雜物。 3 晶間腐蝕。雙相鋼幾乎不發(fā)生晶間腐蝕敏化 , 即使是在焊后空冷條件下。 4 應(yīng)力腐蝕。雙相組織的存在 , 使得雙相鋼抗應(yīng)力腐蝕開裂的性能要優(yōu)于奧 氏體不銹鋼及鐵素 體鋼。 總的說來 , 雙相鋼的抗均勻腐蝕性能、抗孔蝕性能、抗縫隙腐蝕性能與奧氏 體不銹鋼相比并沒有優(yōu)越太多 , 但其抗晶間腐蝕性能、抗應(yīng)力腐蝕性能則明顯優(yōu) 于奧氏體不銹鋼。 3 . 力學(xué)性能 強(qiáng)度。在雙相鋼中 , 由于鐵素體相約占二分之一 , 故其強(qiáng)度明顯高于奧氏 體不銹鋼。雙相鋼的強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高約三分之一。 2 塑性和韌性。在雙相鋼中 , 由于奧氏體相約占二分之一 , 故其塑性和韌性 優(yōu)于鐵素體不銹鋼。另外由于奧氏體相的存在 , 使得容易產(chǎn)生 脆性化合物的碳、 氮等在鐵素體相中溶解度降低 , 從而降低了脆性相的發(fā)生。同時(shí) , 因兩相同時(shí)存 在 ,可阻止或緩解高溫下晶粒的長大 , 也可阻止或緩解裂紋的擴(kuò)展 , 從而提高了鋼材的塑性和韌性。 但與奧氏體不銹鋼相比 , 由于鐵素體相的存在 , 使得其塑性和韌性相對較低 , 尤其是鐵素體相中易產(chǎn)生 δ 相、χ相、 R 相、∏相等脆性相 , 如果處理不當(dāng) , 會嚴(yán) 重影響鋼材的塑性和韌性。 3 . 加工性能 工程上應(yīng)用較多的加工方法有冶煉、鑄造、熱變形加工、冷變形加工、機(jī)加 工、熱處理、焊接等。 冶煉。雙相鋼的冶煉比奧氏體或鐵素體鋼的難度大 , 控制要求高。目前 , 雙相鋼最低要求應(yīng)采用或進(jìn)行精煉的。 2 鑄造?；谂c冶煉同樣的道理 , 鑄造難度也大于一般奧氏體和鐵素體鋼材 , 而且難度比冶煉更大。除此之外 , 由于兩相組織的原因 , 在澆鑄時(shí)還要采取有效 的措施 , 以避免比奧氏體鋼更容易出現(xiàn)的鑄造裂紋兩相凝固差別的原因、氣孔加 氮的原因等問題。 3 熱變形加工。雙相鋼具有的兩相組織使其熱變形加工的難度要遠(yuǎn)大于奧氏 體不銹鋼。冷變形加工。雙相鋼的冷變形加工的難度要遠(yuǎn)大于奧氏體不銹鋼。 4 機(jī)加工。就常用的工程材料而言 , 都不存在較大的加工難度 , 雙相鋼也不 例外。熱處理。熱處理對雙相鋼性能還有一些特殊影響。①不同的熱處理參數(shù) , 可得到不同的相比例 , 直接影響鋼材性能②通過熱處理 , 可以改變加工過程中的元 素分配比例 , 改善甚至消除加工過程中次生相帶來的不利影響 , 從而影響到鋼材 的最終機(jī)械性能和耐腐蝕性能等③熱處理過程也會使鋼材產(chǎn)生新的次生相 , 也會導(dǎo)致元素在各相中的重新分配。因此 , 不恰當(dāng)?shù)臒崽幚頃逛摬牡男阅軔夯? 最早限制雙相鋼應(yīng)用的主要原因就是焊接問題 , 而工程上又往往不可避免焊接 過程。 雙相鋼焊接的難點(diǎn)就在于其焊接接頭是否仍能獲得與母材相同或相近的兩相 組織 , 這也是保證焊接接頭是否具有與母材同樣性能包括力學(xué)性能和耐腐蝕性 能等的關(guān)鍵所在。這里所說的焊接接頭包括焊縫熔合區(qū)、高溫?zé)嵊绊憛^(qū)HTHAZ 和低溫?zé)嵊绊憛^(qū) LTHAZ。 1 焊縫熔合區(qū)。該區(qū)域的兩相組織相對容易控制 即通過選擇合適的焊接材料 就能做到 2 高溫?zé)嵊绊憛^(qū)。它是指具有約 1250℃熔點(diǎn)這一溫度特征的區(qū)域。這一區(qū)域 很窄 , 卻是其相組織最難控制的一個(gè)區(qū)域。因?yàn)槟覆牡某煞植荒芤蚱涠羞^多的 奧氏體形成元素 , 而該區(qū)域的溫度特征又使其高溫鐵素體在冷卻過程中部分得不 到向奧氏體轉(zhuǎn)化。應(yīng)采用較大的焊接線量 ,使焊縫冷卻速度降低 , 使高溫鐵素體有 一定的時(shí)間向奧氏體轉(zhuǎn)化 , 從而使相組織均衡。 3 低溫?zé)嵊绊憛^(qū)。由于該區(qū)域的溫度較低 ,不足以引起基本相的變化 , 但可能 會發(fā)生二次相的產(chǎn)生。因此 , 采用合適的焊接線量并控制層間溫度是防止低溫?zé)? 影響區(qū)性能變壞的主要手段。 值得一提的是 , 雙相鋼一般不進(jìn)行焊后熱處理 雙相不銹鋼的焊接性兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點(diǎn) ,并減少了其各自的不 足之處。 1 熱裂紋的敏感性比奧氏體鋼小得多。 2 冷裂紋的敏感性比一般低合金高強(qiáng)鋼也小得多。 3 雙相不銹鋼焊接時(shí)主要問題不在焊縫 ,而在熱影響區(qū) ,因?yàn)樵诤附訜嵫h(huán) 作用下 ,熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài) , 冷卻后總是保留更多的鐵素體 ,從而增大 了腐蝕傾向和氫致裂紋 (脆化 )的敏感性。 雙相不銹鋼焊接接頭有析出 %相脆化的可能 , δ 相是 Cr和 Fe的金屬間化合 物 ,它的形成溫度范圍 6001000C,不同鋼種形成 δ 相的溫度不同 , 如 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼在 800900C,而雙相不銹鋼 00Cr25Ni7Mo3CuN的在 800900C, 8500C 時(shí)最敏感。形成 % δ 相需經(jīng)一定的時(shí)間 ,一般 12 min 萌生 12 min δ 相增多并 長大 ,因此 ,焊接時(shí)應(yīng)采用小熱輸入 ,快速冷卻 ,消應(yīng)力處理時(shí)應(yīng)采用較低的溫 度 ,如 550600C 為宜。 5 雙相不銹鋼含有 50%的鐵素體 , 同樣也存在 475 C 脆性 ,但不如鐵素體不銹 鋼那樣敏感 ,雙相鋼中的鐵素體在 300525 C 之間長期保溫會析出高鉻α 相 ,而在