雙向不銹鋼熱處理工藝
發(fā)布日期：2020-09-10
這里所說的雙相不銹鋼是指在固溶化熱處理后,具有奧氏體和鐵素體兩相組織,并且,其中一相含量不低于25%的不銹鋼。不包括奧氏體不銹鋼中含有少量鐵素體或鐵素體不銹鋼中含有少量奧氏體的不銹鋼。
在不銹鋼家族中,雙相不銹鋼雖然是最年輕的成員,但是,由于在含C-介質(zhì)中抗點(diǎn)腐蝕、抗縫隙腐蝕,特別是抗應(yīng)力腐蝕的高能力及良好的力學(xué)性能和工藝性能,越來越得到重視和應(yīng)用。盡管在我國的不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中所列的鋼號不是很多,但在石油、化工,特別是海洋事業(yè)中已被廣泛應(yīng)用。
雙相不銹鋼的特點(diǎn)及分類
雙相不銹鋼的基本特點(diǎn)
1.雙相不銹鋼的成分特點(diǎn)
雙相不銹鋼中合金成分的確定考慮了以下幾個因素。
①保證耐腐蝕,特別是耐點(diǎn)腐蝕、耐縫隙腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力。
②保證雙相鋼的特征,即固溶處理后能具備兩相,且其中相不少于25%。
③具有一定的強(qiáng)度、塑韌性。
④考慮不同合金元素之間的相同或不同的作用。
⑤考慮材料鑄造、熱處理及加工可行性。
依據(jù)上述原則,雙相不銹鋼中的主要合金元素有鉻、鎳、鉬、氮、鎢等。
(1)鉻。
鉻是保證耐腐蝕的最主要元素。鉻能形成鈍化膜,并對被破壞的鈍化膜有良好的自修復(fù)能力,隨著鉻含量的提高,鋼的鈍化能力增強(qiáng)。
鉻對基體有明顯的固溶強(qiáng)化作用,隨含鉻量的增加,鋼的屈服強(qiáng)度提高。但會引起σ相等析出,會使塑性、韌性降低,見圖6-1和圖6-2
從圖6-2可見,含鉻量超過30%時,沖擊韌性急劇下降。且含量越高,韌性越低,所以,從機(jī)械性能考慮,雙相不銹鋼中的鉻含量一般不大于30%
鉻又是鐵素體形成元素,其含量的多少影響著兩相中鐵素體的比例。
考慮鉻在上述各方面的作用,雙相不銹鋼中的鉻含量通常控制在18%~30%之間。
(2)鎳。
鎳在雙相不銹鋼中的主要作用是調(diào)整兩相的比例,從而調(diào)整雙相不銹鋼的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。鎳對雙相不銹鋼機(jī)械性能的影響見圖6-3。鎳含量過低,鋼中的鐵素體相含量多,易使脆性增大,鎳含量過高,鐵素體量少,則會因鐵素體中更富集鉻、鉬等合金元素,會促使脆相析出,同樣降低鋼的韌性,鐵素體含量少即奧氏體含量多,又會影響鋼的屈服強(qiáng)度。所以,考慮機(jī)械性能,鎳含量在4.5%~7.5%之間合適。
同樣的道理,為保證雙相不銹鋼有較好的耐點(diǎn)腐蝕能力,使組織中兩相力求接近平衡,也應(yīng)用鎳含量來調(diào)整。綜合考慮上述因素,依據(jù)鉻等其他元素含量情況,雙相不銹鋼中鎳的含量一般控制在4.0%~8.0%的范圍內(nèi)。
(3)鉬。
鉬在雙相不銹鋼中有與鉻相似的作用,且可以提高鈍化膜的穩(wěn)定性,從而提高抗腐蝕能力。但鉬含量太高時,會促進(jìn)o相析出,增加鋼的脆性,所以,在雙相不銹鋼中,控制鉬的含量在4%以內(nèi)。
(4)氮。氮對雙相不銹鋼中奧氏體的穩(wěn)定作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎳作用,盡管對氮在雙相不銹鋼中提高抗點(diǎn)腐蝕性能的原因有不的解釋,但其明顯提高抗點(diǎn)腐蝕性能的效果是可以充分肯定。合適的氮含量還可以通過質(zhì)點(diǎn)析出,使雙相不銹鋼強(qiáng)化,提鋼的強(qiáng)度。見圖6-4。
氮含量過高可能引起材料的脆化和影響冶金質(zhì)量,所以,在嘆相不銹鋼中,控制氮的含量不大于0.3%(5)鎢。鎢加入雙相不銹鋼中,是因?yàn)殒u能提高鋼的點(diǎn)蝕電位,從而提高鋼的抗點(diǎn)腐蝕能力。而從機(jī)械性能方面考慮,鎢可延緩25%鉻鋼中的脆相析出,降低鋼的脆化傾向。但當(dāng)鎢含量超過4%時,反而會促進(jìn)脆相析出,所以,在雙相不銹鋼中,雞的含量不超過1%。
雙相不銹鋼的兩相結(jié)構(gòu)也有利于提高其耐腐蝕性。在雙相不銹鋼發(fā)展的最初階段,曾擔(dān)心由于鋼中兩相的成分不同和電位的差異而產(chǎn)生電偶腐蝕,但經(jīng)過研究和實(shí)踐證明,雙相不銹鋼中的兩相只要保證各自的腐蝕電位都處于鈍化區(qū),兩相都達(dá)到鈍化狀態(tài),就能保證鋼具有良好的耐腐蝕性能。兩相結(jié)構(gòu)使鋼的晶粒更細(xì),晶界面積更多,降低了引起腐蝕的析出物在晶界處的濃度,并且,一旦有析出物產(chǎn)生,形成貧鉻區(qū)時,則會從高鉻的鐵素體相很快得到鉻的補(bǔ)充,恢復(fù)該處鉻的濃度。
雙相不銹鋼中的兩相可以理解為互為第二相,一旦在其中相產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕微裂紋,當(dāng)這個微裂紋延伸到另一相的交界處就會受到阻礙而終止。另外,雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼高,當(dāng)然,抵抗應(yīng)力腐蝕的能力也高。按化學(xué)成分評定雙相不銹鋼抗點(diǎn)腐蝕能力的常用標(biāo)準(zhǔn)是鋼的點(diǎn)蝕當(dāng)量PE。PRE值越大,鋼的抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。常見的雙相不銹鋼點(diǎn)蝕當(dāng)量計(jì)算公式為
PRE(PREN)=Cr%+3.3×Mo%+16×N%
另外,還有考慮Mn、W、P+S元素作用的公式,分別是
PRE Mn=Cr%+3.3×Mo%+30×N%-Mn%PREW=Cr%+3.3×(Mo+0.5W)%+16×N%PREN(P+S)=Cr%+3.3×Mo%+30×N%123×(P+S)%
此外,評定雙相不銹鋼抗點(diǎn)蝕能力的標(biāo)準(zhǔn)還有臨界點(diǎn)蝕溫度CFT,臨界點(diǎn)蝕溫度越高,說明抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。
