2205双相不锈钢在不同热处理状态下的析出相变化

杜海

【摘要】在300℃-1100℃的影响区域中，因为焊接过程和热处理的不同，双相不锈钢会析出σ相和x相等金属间相，同时还有M23C6和Cr2N等析出相。温度范围和冷却速度对这种析出范围造成了影响，同时合金元素含量也受到影响。

【关键词】2205双相不锈钢 热处理 析出相

和奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢在抗氯化物方面具有很强的优势，因此被广泛应用在化工和石油领域中。但是，在双相不锈钢中含有合金成分较高的Mo和Cr，一旦在使用和制造中处理不恰当，就会有氯化物和金属间化合物析出，对机械的耐腐腐蚀性产生很大影响，比如σ相和x相等会让金属变得脆弱又坚硬，金属因此会变得脆化，钢的韧性和腐蚀性会降低。材料的力学性能对析出相也会产生影响，比如疲劳性能和高温蠕变等。研究不同热状态下的双相不锈钢的相转变过程，对双相不锈钢的性能改善具有非常好的作用，同时对热处理制度具有非常好的指导作用。

1实验方法

1.1热处理制度和实验材料

在本次实验中所选择的2205双相不锈钢的成分如下表1所示，在1050℃下固溶处理所有的实验试样，1号样品是直接固溶处理后的试样，2-7號是在850℃样品的时效45分，2小时、4小时、6小时、10小时和24小时后的试样；8-12号是750℃时样品的时效1小时、2小时、5小时，7小时和24小时的试样。

1.2试剂和仪器

美国的273A/10A电化学综合分析仪；英国的Mastersize2000激光粒度仪；美国的IRIS Intrepid 电感耦合离子发射光谱仪；日本的RINT2500/PC X射线衍射能谱议。

1.3实验过程

制备试样：物理化学相分析，先将试样精车成为Φ10毫米*100毫米的圆棒，如果要绘制极化曲线，切割试样为Φ10毫米*1毫米的薄片，然后将其磨成镜面；分析金相和扫描电镜时，需要将试样制作成为10毫米*10毫米*5毫米的小块，待观察面可以磨为镜面，使用40克/升的苦味酸乙醇溶液腐蚀后再进行分析。

提取和测定析出相：参比电极选择的是带盐桥的氯化钾饱和甘汞电极，电极选择的是铂丝，工作电极是圆棒状的试样，然后将其连接到仪器的对应导线上。固定好电极后，在冷阱中将整套装置放入然后进行电流电解。在装有乙醇的烧杯中加入电解结束后的试样棒， 然后用亲油滤膜将其抽成真空，进行过滤，用乙醇将其洗干净，然后放在真空中干燥。用X-射线衍射仪分析其结构，氮分析可以用氧氮分析仪做，成本分析可以用化学湿法分析来进行。

2结果和讨论

2.1微观观察析出相形貌和不同时效下析出相的百分含量

在晶间和晶内没有进行时效处理的试样不会有析出相存在，时效刚开始时析出相存在于晶界间，随着时间的延长和时效温度的升高，铁素体在转变为奥氏体的过程中会在其内部生成析出相。在奥氏体和铁素质中有着不同含量的合金元素，钼和铬富集在铁素体中，这利于铁素体相中形核这两种元素。另外，因为铁素体中没有很高的晶格原子密度，合金元素在铁素体中的扩散速度要远远高于在奥氏体中的扩散速度，所以，会在铁素体相中发生组织转变，在奥氏体中并没有发生变化。

从图2中得出，在一致的电解情况下，样品在不同时效条件下没有太大的电解量变化。在需要考察的时效时间内，随着时间的增长析出相的百分含量出现了明显的上升趋势。在相同的电解条件下，试样棒如果没有经过时效处理，在电解后其失重是0.705克，这和时效后的试样没有很大的差别，电解残渣几乎没有留下。所以，试样的析出相是热处理之后生成的，750℃要比850℃慢，时效条件相同的情况下，越长的时效时间对应着越高的析出相质量分数。

2.2析出相在不同热状态下的变化情况

选取550℃时效24小时、650℃时效2小时和24小时的电解提取残渣，由此制成XRD图谱，如下图3显示试样的析出相没有很多的种类，同时有着不完整的晶形，有的相还处于不稳定状态，析出相通过电解残渣可以得出，它占了很小的电解失重比重。从图3中可以看出，结果主要是碳化物，也有金属间化合物和氮化物生成，在600℃以上氮化物和σ、x有着较快的二次相析出，需要在焊接过程中加以注意。

3结论

在本文中用实验的方式对不同热处理状态下双相不锈钢的析出相种类、含量等进行了揭示。立方晶的x相富含Mo金属间化合物相，它是双向不锈钢在700℃-900℃范围内较σ相先生成，x相是亚稳态的。如果将其时效时间延长，它的量会逐渐减少，σ相从无到有并且逐步增多。2205双相不锈钢的析出相一般在晶界分布，随着时间的增长和温度的升高，在由奥氏体转变为铁素体的过程中，特素体内部也会生成金属间相，早600-800℃时生成以Cr2N为主的氮化物。

参考文献：

[1]高娃，罗建民，杨建军.双向不锈钢的研究进展及其应用[J].兵器材料科学与工程.2011，（28）.

[2]陆世英.不锈钢[M].北京：原子能出版社.1995.

[3]肖纪美.不锈钢的金属学问题（第二版）[M].北京：冶金工业出版社.2006.