热处理温度对超级双相不锈钢相组织和微观硬度的影响

张琦

摘 要：双相不锈钢主要应用于制造炼油，化肥，造纸，石油，化工等需要实现耐海水和耐高温的器件。所以要求双相不锈钢拥有良好的硬度和抗腐蚀性。所以，制造了结合奥氏体和铁素体优点的双相不锈钢。这样提高了自身的柔韧性和可塑性。同时具有强度高和抗腐蚀性强的优点。因为双相不锈钢具有奥氏体和铁素体两种相，通过研究发现，改变锻造的温度可以改变者两种相的比例，进而提高双相不锈钢的抗腐蚀性和力学特点。因此，本文对不同温度可以对超级双相不锈钢的组织和微观硬度造成的影响进行研究。

关键词：超级双相不锈钢;热处理;微观硬度

引言：目前我国使用的双相不锈钢主要依赖于进口，中国还没有办法进行大批量的生产，为了打破双相不锈钢研发公司荷兰斯密卡邦公司和瑞典山特维克公司对双相不锈钢的垄断。所以本文对那个温度可以提高双相不锈钢的硬度做一定的研究，为批量生产双相不锈钢做一定的理论支撑。

1 实验及方法

1.1实验方法：用标准的基尔试块来锻造实验锭，用碱酚醛试纸进行砂型浇灌。从试锭上切取16件试块，尺寸为25mm×25mm×25mm。其中2件直接观察铸造状态下的微观组织。剩下的14块在马弗炉中进行加热处理。在1120℃-1240℃的温度范围内，每隔20mm取两件试块进行热处理，在保温两个小时后快速的放入冷水中进行冷却处理。在冷却时候，对热处理的14块试块进行加工，成为20mm×20mm×20mm的金相試块.在16块试块进行机械抛光之后，放入有10%KOH的溶液中，进行60s的电解腐蚀，使用45V的电压，3mA的电流。然后在显微镜下去观察14块试块的组织。

2 结果及讨论

2.1结果

（1）铸态金相组织

在显微镜下，铸态金相组织以方块状为主，在深色的铁素体上相连接，形成颜色一样的柱状晶体。并且，柱状晶体较为粗大，在铁素体上分布较满。同时，白色的奥氏体没有固定的形状，呈不规则状分布。结晶的边界较为尖锐，由很强的形状感。

（2）热处理时温度对微观组织的影响

依照实验，分别选取了1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃、1220℃、1240℃.将1120℃作为起始温度，用这7种温度进行热处理时温度对微观组织的影响的实验。这7种温度对试块产生了不同的影响，显微镜下的奥氏体和铁素体的形状与分布。

根据显示经过高温处理后，奥氏体晶体变得破碎，没有了枝晶轴，结晶的边界变得圆润，没有了棱角。在铁素体上分布的较为分散。没有固定的形状。

根据显示，在温度增加后，奥氏体逐渐变得更加破碎，没有固定的形状，但是，逐渐向长枝体的形状靠近。有些奥氏体相聚较为靠近。结晶边界相对于比较圆润。

可知，在温度继续增加20℃之后，奥氏体变得更加细碎，大多数的奥氏体变为长枝体，还有一些小的，圆润的奥氏体分布在长枝体周围，长枝体的奥氏体有明显的结晶边界。

可知，奥氏体在铁素体基体上的分布更加没有规律，长枝体较多。并且奥氏体的含量较前四个温度少了很多。铁素体的含量逐渐增多。

奥氏体由中间将四周扩散，奥氏体的形状更加的没有规律，奥氏体晶体边缘不规整，没有棱角。

在温度增加了20℃之后，奥氏体的形状和分布与前五个温度有了巨大的区别。奥氏体开始由长条状为主转变为以不规则状为主。形状没有规律可言。单个奥氏体的体积开始变大。深色的铁素体的分布变大，更加明显。

根据显示，在最后一个温度下，奥氏体大部分变为椭圆形，由少数的长条状不规则体。每个奥氏体之间的间距变得更大，并且，奥氏体的整体体积开始变小，被铁素体占据。同时奥氏体的分布更加不规律。结晶的边缘相较之前温度的边缘更加圆润，没有棱角。

由以上的实验可知，双相不锈钢组织在经过热处理之后，铸态状态下的奥氏体结晶逐渐变得没有明确组织，没有固定形状，结晶的边界变得没有棱角。经过逐渐递加的温度对试块的处理，可以得出结论，当温度的升高时，铁素体的体积分数也在增加。

实验结果证明，当温度在1120℃-1240℃的范围内，双相不锈钢中的铁素体的占比随着温度的升高而增加。在1240℃时，铁素体的含量将近60.0%，而在1120℃时，铁素体只有43%。少了17.00%。我们可以得知，当温度不断的升高时，奥氏体的枝晶逐渐由枝状晶体变得没有固定形状。但是奥氏体在铁素体上的分布的更加均匀。同样，硬度在1120℃-1180℃的范围内时，双相不锈钢的硬度增长的幅度较大，但是在超过1180℃时，硬度的增长幅度就在逐渐变缓。

2讨论

双相不锈钢相的比例与双相不锈钢的力学性能和抗应力腐蚀性能有密切的联系。人们一般认为。当双相不锈钢中两个相的含量基本相等时，双相不锈钢具有最好的性能。当化学成分一定时，在热处理时，温度的高低就决定了产品的最终的两相的比例。因此，将实验的参数带入公式进行计算，就可以实现对ASTM A790 S32906双相不锈钢铁素体含量的预测。这对今后产品的钢的成分的调整和热处理的温度的选择具有实际意义。根据实验结果进行计算，得到了在1120℃-1240℃的范围之内的铁素体含量，如表一所示。

通过计算结果可以看出，铁素体的含量随着固溶温度的升高而增加，并且，增加的幅度明显。

3 结论

（1）通过热固溶处理，可以对S32906超超级双相不锈钢在铸态下显示的粗大的奥氏体的枝晶进行处理。让奥氏体的枝晶在铁素体上分布的更加均匀，使结晶边界变得没有规则。

（2）在1120℃-1240℃的实验温度范围之内，铁素体的含量随着温度的不断升高而增加，铁素体的体积分数由铸态的44%上升到了60%。铁素体的上升速度明显。在实验的温度范围内，铁素体的含量增幅显著。

（3）当固溶的温度在1140℃时，铁素体和奥氏体两个相的比例各占50%。所以，根据实验结果表明，在处理S32906超超级双相不锈钢时，1130℃-1150℃是最好的铸造双相不锈钢的温度。

（4）实验证明，随着温度的升高，S32906超超级双相不锈钢的硬度值也在不断增加，当热处理时将温度控制在1120℃-1180℃时，双相不锈钢的硬度的增幅较大。当固溶时的温度不断升高时，硬度的增幅变小，几乎不再增加。

（5）此实验旨在研究热处理时的温度变化对双相不锈钢的相的组织和硬度的影响。为我国破除美国对双相不锈钢的垄断做一定的贡献。

参考文献：

[1]张如金，耿方峰，刘仲礼，武明 热处理温度对双相不锈钢相组织和微观硬度的影响;烟台大学核装备与核工程学院，2019