2205雙相不銹鋼是應(yīng)用最為廣泛的一種雙相不銹鋼，占雙相不銹鋼的80%左右，其廣泛應(yīng)用在石油、化工、制鹽、水利、發(fā)電廠煙氣脫硫（FGD）、造紙等領(lǐng)域，但其熱加工塑性較差，限制了其大量生產(chǎn)和開發(fā)，本文通過熱模擬壓縮實驗、固溶處理工藝的優(yōu)化，成功研制出了2205雙相不銹鋼板卷，并且該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于化學(xué)品船、壓力容器等行業(yè)。

關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼；熱模擬壓縮實驗；固溶處理工藝；應(yīng)用

2205不銹鋼是由奧氏體和鐵素體組織構(gòu)成的雙相不銹鋼，該雙相不銹鋼兼有鐵素體和奧氏體不銹鋼的性能優(yōu)點，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能、焊接性能[1-2]。2205雙相不銹鋼因其低碳、含N、高鉻、含鉬具有比304、316L等奧氏體不銹鋼更好的耐應(yīng)力腐蝕、耐縫隙腐蝕、耐Cl-點蝕、耐晶界腐蝕。優(yōu)良的韌性，屈服強度是300系不銹鋼的2倍；焊接性能優(yōu)良，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，焊接區(qū)不像鐵素體那樣塑性大幅下降，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。因其優(yōu)良的綜合性能，廣泛應(yīng)用于石油、化工、制鹽、水利、發(fā)電廠煙氣脫硫（FGD）、造紙等領(lǐng)域[3-4]。

但由于奧氏體和鐵素體組織成分、強度、延伸率的不同，熱加工變形時容易在相界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致邊部或表面產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重影響了其板面質(zhì)量及成材率。本文通過熱模擬壓縮實驗、固溶處理工藝的優(yōu)化，成功研制出了2205雙相不銹鋼板卷，并且該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于化學(xué)品船、壓力容器等行業(yè)。

1、熱模擬壓縮實驗

高溫?zé)釅簩嶒炘贕leeble 3500 熱/力模擬試驗機(jī)上進(jìn)行，試樣的化學(xué)成分見表1。將直徑10mm×15mm的高溫壓縮試樣加熱到1200℃后保溫5min，以5℃/s的速度冷卻到1100℃并保溫20s后在應(yīng)變速率為5s-1的條件下進(jìn)行高溫壓縮變形，在變形結(jié)束后將試樣淬火至室溫。熱模擬工藝路線示意圖見圖1，對應(yīng)的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖2。從圖2中的流變曲線上可以看出，由于鐵素體和奧氏體兩相共存，鐵素體基體和奧氏體發(fā)生協(xié)調(diào)變形。在多道次流變曲線中，第一道次曲線的初始部分中也出現(xiàn)了類似的“類屈服平臺”現(xiàn)象。雙相不銹鋼在高溫變形過程中的微觀組織演變主要受應(yīng)變分配和相界或晶界性質(zhì)影響。與單相鐵素體或奧氏體相比較，雙相不銹鋼的高溫微觀組織演變與其差異很大。對鐵素體相而言，變形的初始階段，鐵素體中位錯密度增大產(chǎn)生加工硬化。隨后鐵素體發(fā)生動態(tài)回復(fù)，由于應(yīng)變主要分布在較軟的鐵素體基體，延遲了應(yīng)變通過相界轉(zhuǎn)移至奧氏體的過程，從而阻礙了變形的連續(xù)性而出現(xiàn)“類屈服平臺”軟化現(xiàn)象。隨變形量增加，為了維持材料變形的連續(xù)性，應(yīng)變通過相界從鐵素體轉(zhuǎn)移到奧氏體中。由于應(yīng)變傳遞導(dǎo)致奧氏體流變應(yīng)力增加，再次出現(xiàn)加工硬化。隨應(yīng)變量進(jìn)一步增加，鐵素體和奧氏體同時發(fā)生連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。同時奧氏體相中具有Σ3位向關(guān)系的晶界逐漸消失，流變曲線再次出現(xiàn)軟化，由此可見，高溫變形過程中雙相微觀組織演化機(jī)制的耦合作用共同決定了流變曲線的特征[5-6]。

變形后的樣品沿軸線切開，觀察金相組織，見圖3。圖中可以看出，其中較亮的組織為奧氏體，較暗的組織為鐵素體。從金相組織上可以看出，隨著變形量的增加，金相中沿軋向的流線狀奧氏體組織愈發(fā)明顯，且更加細(xì)長。

2、 固溶處理實驗

2.1 固溶處理溫度對2205雙相不銹鋼力學(xué)性能的影響每種固溶處理溫度取三個拉伸、硬度試樣，實驗結(jié)果取平均值，測試結(jié)果如圖3所示。由圖4可知從1020～1250℃范圍內(nèi)強度、硬度先減少后增加，1050℃時硬度和強度值較小。因為固溶處理工藝對2205雙相不銹鋼的力學(xué)性能的影響主要有兩個因素：組織再結(jié)晶的完成度和兩相組織轉(zhuǎn)變程度。再結(jié)晶完成度越高，強度和硬度越小；而在常溫下鐵素體含量越高，硬度和強度越大，主要是在室溫時以體心立方的鐵素體組織的強度要高于以面心立方為組織的奧氏體組織。因而隨著固溶溫度的升高而發(fā)生奧氏體組織向鐵素體組織轉(zhuǎn)變將使鋼的強度和硬度增加。

在1020～1050℃試樣的再結(jié)晶完成度對抗拉強度和硬度影響大于組織轉(zhuǎn)變對強度和硬度的影響，所以強度和硬度減小。而在1080～1250℃再結(jié)晶對試樣強度和硬度的影響小于組織轉(zhuǎn)變對強度和硬度的影響，所以強度和硬度隨著溫度的升高而增大。

2.2 固溶溫度對2205雙相不銹鋼鐵素體含量的影響

不同固溶溫度對2205雙相不銹鋼鐵素體含量的影響規(guī)律見圖5。從圖中可以看出，鐵素體的含量隨著溫度的上升而增加。有研究指出，當(dāng)雙相不銹鋼的相比例在1:1左右時，其綜合性能較好，通過1000～1250℃固溶實驗，確定2205雙相不銹鋼卷固溶處理溫度在1050～1100℃之間，這時其鐵素體含量在50%左右。

2.3 固溶溫度對2205雙相不銹鋼點蝕性能的影響

采用GB/T 17897-1999標(biāo)準(zhǔn)對經(jīng)不同固溶溫度處理后試樣進(jìn)行了點腐蝕實驗，實驗溫度為35℃，取腐蝕速率平均值，腐蝕速率與固溶溫度之間的關(guān)系如圖6所示。在1020～1250℃腐蝕速率隨著溫度的升高先降低后升高的趨勢，在1020～1120℃腐蝕速率趨于平緩，數(shù)值相差不大，而在1150～1250℃固溶處理后，腐蝕速率呈急速上升降趨勢，主要是由于固溶溫度在1020～1250℃時，耐點蝕性能力與兩相間的點蝕當(dāng)量有密切關(guān)系，隨著溫度的升高，雙相鋼中鐵素體的耐點蝕當(dāng)量逐漸下降，而奧氏體的耐點蝕當(dāng)量逐漸提高。

在不銹鋼中鉻、鉬、氮是主要的耐點蝕元素，其中鉻、鉬屬于鐵素體生成元素，主要存在鐵素體組織中，而氮屬于奧氏體形成元素，主要固溶于面心立方的奧氏體組織中。隨著固溶溫度的不斷升高，鋼的鐵素體含量逐漸增加，而奧氏體含量不斷減少，從而造成鐵素體中的鉻、鉬稀釋，導(dǎo)致鐵素體耐點蝕當(dāng)量逐漸下降，奧氏體中的氮濃度逐漸升高，而點腐蝕首先發(fā)生在耐點蝕性能較為脆弱的相中。

3、工業(yè)試制

3.1 2205雙相不銹鋼的冶煉

2205雙相不銹鋼的冶煉工藝為：電爐→AOD→LF→連鑄。連鑄過程中在中間包中取成分分析試樣，試樣經(jīng)過打磨后在直讀光譜分析儀器上進(jìn)行成分分析。連鑄坯的化學(xué)成分見表2。從冶煉的成分看，達(dá)到了設(shè)計的要求。圖7是連鑄坯的低倍組織，其中等軸晶的比例達(dá)到80%。

3.2 2205雙相不銹鋼的軋制

2205雙相不銹鋼的軋制工藝為：步進(jìn)式加熱爐→高壓水除磷→粗軋→精軋→卷曲。其加熱溫度為1250℃，粗軋道次為5道次，精軋道次為7道次，終軋溫度為1000℃，圖8是熱軋卷的照片。從圖中可看出，熱軋卷卷形良好，符合設(shè)計要求。

3.3 2205雙相不銹鋼的固溶處理

2205雙相不銹鋼的固溶處理工藝為：開卷→加熱→拋丸→電解→酸洗→卷曲。其中固溶處理溫度為1040～1080℃，冷卻方式為水冷。

3.4 2205雙相不銹鋼板材的性能

表3是2205雙相鋼力學(xué)性能、鐵素體含量及中間有害相檢測，所有檢測數(shù)值均采用3個試樣取平均值，從檢測性能來看已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 2205雙相不銹鋼板材的焊接性能

表4是雙相不銹鋼的焊接工藝相關(guān)參數(shù)。該實驗采用氣體保護(hù)焊，焊接后測量焊縫及熱影響區(qū)的力學(xué)性能，力學(xué)性能見表5。從檢測數(shù)據(jù)來看，焊接后的性能都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4、主要應(yīng)用

東方特鋼2205雙相不銹鋼通過了中國、美國、法國、英國、德國、挪威6家船級社的認(rèn)證和特種設(shè)備制造許可認(rèn)證，可廣泛的應(yīng)用于化學(xué)品船、壓力容器等行業(yè)。

5、結(jié)論

（1）雙相鋼在高溫變形過程中，動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶演化機(jī)制的耦合作用決定了流變曲線的特征。

（2）拉伸及硬度隨固溶溫度的升高先降低后增加，耐點蝕性能隨著（α+γ）兩相耐點蝕當(dāng)量變化而變化，在1020～1120℃溫度范圍內(nèi)點蝕速率變化不大，而1150～1250℃在溫度范圍內(nèi)，點蝕速率呈急速增加趨勢。

（3）2205雙相不銹鋼板型良好，無邊裂，經(jīng)過檢測，其成分、力學(xué)性能和腐蝕性能都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）2205雙相不銹鋼通過了船級社認(rèn)證和特種設(shè)備制造許可認(rèn)證，可廣泛應(yīng)用于壓力容器和化學(xué)品船。

參考文獻(xiàn)

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