热处理温度对超级双相钢UNS S32760管材组织性能的影响

邵海丽，赵增强，庞于思，刘富强，王连华，韩恒力

（新兴铸管股份有限公司，河北 邯郸 056000）

超级双相不锈钢UNS S32760具有铁素体和奥氏体两相组织（相比例约为1∶1），该钢种具有超低C和高Cr、Mo及N元素，并且在双相钢基础上添加少量的W、Cu元素的成分设计，提高了铸造性能，降低了贵金属Mo的含量，钢的耐氯离子点蚀性能增强，点蚀当量指数PRE一般大于40，兼有铁素体较高的强度，良好的耐氯化物应力腐蚀性能和奥氏体优良的韧性、焊接性，且价格低［1-6］。UNS S32760的点蚀当量指数PRE较高，具有比普通双相钢和奥氏体不锈钢更优异的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀性能及耐蚀性能［7-9］，另外还具有良好的耐氯和硫化氢应力腐蚀性能，主要用于苛刻的介质环境［10-16］。

1 UNS S32760生产方法及固溶试验方法

选取UNS S32760锻坯，采用6 300 t卧式挤压机挤压成型，挤压规格为Φ95.25 mm×22.86 mm，材料化学成分依据ISO 13680∶2010《石油和天然气工业用套管、油管和接箍的耐腐蚀无缝合金管交货技术条件》设计，具体含量见表1，要求点蚀当量指数 PRE=w（Cr）+3.3w（Mo+0.5W）+16w（N）范围40～45，实际为42.4。性能依据ISO 13680∶2010标准中80钢级要求设计，抗拉强度≥758 MPa，屈服强度552～724 MPa，伸长率≥20%，硬度≤28 HRC，-10℃横向冲击功≥27 J。

表1 UNS S32760锻坯化学成分（质量分数） %

对挤压态管材切取220 mm的管段，纵向平分，在马弗炉中进行固溶试验，固溶温度分别为1 080，1 100，1 120和1 140℃，固溶保温时间均为60 min，固溶后试样直接淬水，冷却速率为18～20℃/s。采用光学金相显微镜观察挤压态和不同固溶温度的管材组织；依据ASTM E 8/E 8M—2016a《金属材料拉伸试验方法》在万能材料试验机上进行室温拉伸试验；依据ASTM E 18—2017《金属材料洛氏硬度的标准试验方法》使用洛氏硬度测试仪进行硬度检测；依据ASTM E 23—2016b《金属材料缺口试样标准冲击试验方法》使用摆锤式冲击试验机进行冲击试验；依据ASTM G 48—2011（R2015）《使用三氯化铁溶液做不锈钢及其合金的耐麻点腐蚀和抗裂口腐蚀性试验的标准方法》A法-三氯化铁点腐蚀试验进行点腐蚀速率检测。

2 试验结果

2.1 坯料和挤压态管材的试验结果

观察UNS S32760坯料的组织，坯料金相组织如图1所示，其组织为铁素体+奥氏体，铁素体含量为54.08%，在铁素体和奥氏体晶界有σ相析出。管材经挤压变形后，挤压态金相组织如图2所示，组织为铁素体和奥氏体两相组织，铁素体相比例为59.82%。有研究表明，σ相在1 040℃完全溶解消失［16］，而UNS S32760挤压温度∧1 100℃，远高于σ相溶解温度，挤压后管材σ相基本溶解，未在金相图片上发现σ相存在。挤压态管材的抗拉强度899 MPa，屈服强度742 MPa，伸长率22%，抗拉强度和屈服强度较高，伸长率较低。

2.2 不同固溶温度管材试验结果

2.2.1 固溶温度对金相组织的影响

图1 坯料金相组织

图2 挤压态金相组织

标准要求，超级双相钢铁素体相含量为35%～55%，使用金相显微镜观察UNS S32760管材不同固溶温度热处理后的组织，不同固溶温度对管材相比例的影响如图3所示，不同固溶温度的管材金相组织如图4所示。由图3可知，在1 080～1 140℃固溶处理温度范围内，两相含量变化与固溶温度呈线性关系。随着固溶温度升高，铁素体相含量增加，奥氏体相含量降低，1 080～1 120℃时铁素体相含量增加缓慢，1 120～1 140℃时增加得较快，在1 140℃时，铁素体相含量为59.26%，含量较高，超出标准要求，在固溶处理温度约1 100℃时，组织中α相和γ相比例约为1∶1。

图3 不同固溶温度对管材相比例的影响

2.2.2 固溶温度对管材拉伸性能的影响

不同固溶温度下UNS S32760管材拉伸性能见表2和如图5所示，固溶态管材的抗拉强度和屈服强度明显低于挤压态，伸长率明显高于挤压态。由图5看出，固溶温度1 080～1 140℃时，材料的抗拉强度、伸长率基本保持不变，屈服强度逐渐升高，结果均符合ISO 13680∶2010标准要求。

图5 固溶温度对管材拉伸性能的影响

2.2.3 固溶温度对管材硬度的影响

UNS S32760在挤压过程中产生加工硬化，硬度较高，其值为29.8 HRC，经过1 080～1 140℃固溶后，管材硬度明显降低。UNS S32760挤压管材经固溶后硬度变化如图6所示，由图6可见，在1 080～1 140℃固溶，硬度变化不明显，硬度值在24～26 HRC。

图6 固溶温度对管材硬度的影响

2.3 固溶温度对管材冲击性能的影响

UNS S32760管材冲击为横向冲击，冲击试样尺寸为55 mm×10 mm×10 mm，试验温度为-10℃。管材经过1 080～1 140℃固溶后，随固溶温度的升高，冲击功整体呈上升趋势，在1 080～1 100℃冲击功上升较快，1 100～1 140℃上升趋势减缓，固溶温度对管材冲击功的影响如图7所示。

图7 固溶温度对管材冲击功的影响

2.4 固溶温度对管材耐点蚀性能的影响

依据ASTMG48—2011（R2015）A 法-三氯化铁点腐蚀试验进行点腐蚀速率检测。试验溶液为6%FeCl3溶液，试验温度为50℃，试验时间72 h。固溶温度对管材腐蚀速率的影响如图8所示，点腐蚀速率先降低，后升高，在固溶温度1 100℃时，组织中α相和γ相比例约为1∶1，点腐蚀速率最低，耐点蚀性能最优，腐蚀速率为0.031 mm/a。

图8 固溶温度对管材腐蚀速率的影响

2.5 结果分析

（1）UNS S32760管材经挤压成型，挤压过程中坯料受三向压应力，部分压应力保留直接形成残余应力，挤压态管材的屈服强度、抗拉强度、硬度明显比固溶后的高，伸长率比固溶后的低。

（2）有研究表明，在1 040℃固溶时，σ相就已经完全溶解消失［16］，由于挤压温度和固溶温度均高于此温度，所以UNS S32760挤压态和固溶态管材组织中仅有α相和γ相存在，未发现σ脆性相。

（3）通过固溶处理可以调整双相钢中α相和γ相的比例，温度越高越利于铁素体的形成［17］，经1 080～1 140℃固溶处理，随固溶温度升高，UNS S32760管材铁素体相含量逐渐增多，奥氏体相含量逐渐降低。

（4）超级双相钢中的合金元素在不同的热处理条件下，在两相中的分配比例是不同的，合金元素在两相中有合适的合金含量时，每一相都具有较高的耐点蚀当量，两相达到平衡，双相钢具有优异的耐点蚀能力［17］，在1 100℃固溶时，合金元素在两相分配比例均匀，两相接近平衡，点腐蚀速率最低。

（5） 1 080～1 140℃固溶处理后，UNS S32760管材力学性能满足ISO 13680∶2010标准要求，结合组织与耐腐蚀性能，采用1 100℃固溶处理，管材综合性能最优。

3 结 语

（1）UNS S32760挤压管材铁素体相比例为59.82%，无σ相存在，抗拉强度899 MPa，屈服强度742 MPa，伸长率22%，硬度29.8 HRC。

（2）经1 080～1 140℃固溶处理，随固溶温度升高，UNS S32760管材铁素体相含量逐渐增多，奥氏体相含量逐渐降低，抗拉强度、伸长率基本保持不变，屈服强度逐渐升高，冲击功呈上升趋势。

（3）1 100℃固溶时，材料性能符合标准要求，组织中α相和γ相比例约为1∶1，点腐蚀速率最低，耐点蚀性能最优，腐蚀速率为0.031 mm/a。