双相钢和超级双相不锈钢中析出相及其对钢性能的影响

双相钢和超级双相不锈钢中析出相及其对钢性能的影响

双相钢和超级双相不锈钢在加热与冷却过程中,除α、γ两相量(或相比例)的变化外也会产生组织转变(相变),从而出现二次奥氏体(y2)、碳化物和氮化物以及金属间相,例如σ相、χ相、R相等。与前述铁素体和奥氏体不锈钢相同,这些相对α+γ双相不锈钢的性能也具有重要的影响。

α+γ双相不锈钢中的组织转变有两个特点需要注意:一、是由于铁素体的晶体点阵密排度较低,因此合金元素在铁素体中的扩散速率要比在奥氏体中大得多,例如在700℃附近,铬元素在铁素体中的扩散速度比在奥氏体中约大100倍;二、双相不锈钢中α和γ两相的化学成分存在着很大差异,铁素体中富铬、钼等铁素体形成元素,这就有利于富集这些元素的金属间相,例如,σ相、Χ相等在铁素体内的局部形核。根据这个两个特点,较低温下加热、冷却过程中的组织变化主要系在铁素体相中进行,而奥氏体中基本不发生变化。同时,双相不锈钢中的析出反应要比纯奥氏体或铁素体快得多。

在对2205双相不锈钢和超级双相不锈钢 SAF 2507分别做相的析出动力学实验时,可以看出,由于铬、钼、氮量高,超级双相不锈钢2507中的σ、Χ相等的析出曲线比SAF 2205 曲线向左和向上移动即2507的析出敏感性高。早期人们曾经认为α+γ双相不锈钢中两相的存在,在腐蚀介质作用下,两相电位的差异会加速钢的腐蚀,而产生的选择性溶解(腐蚀)在一定程度上曾影响α+γ双相不锈钢在一些条件下的应用。然而,研究和实践表明:在使用环境中,只要α+γ双相不锈钢中的两相均能处于稳定的钝态,双相不锈钢的耐腐蚀性能还是相当不错的。目前大量α+γ双相不锈钢的实际工程应用已充分说明了这一点。但这并不等于说双相不锈钢中的两相不存在选择性腐蚀的问题。例如,在还原性介质中,在不含钼的α+γ双相不锈钢中便更明显的表示出来。在一些条件下α+γ双相不锈钢的确存在着选择性腐蚀,而人们希望将钢中两相比例控制近于1:1,也并不是在所以介质中均适宜。

由于双相不锈钢中的γ相中含有较α(δ)相为高的碳和氮,而α(δ)相中又含有较γ相为高的铬,因此γ-α相界是碳、氮化物最有利的析出位置。值得提出的就是,对于现代双相不锈钢而言由于碳含量≤0.03%,特别是超级双相不锈钢实际上碳含量多在0.01%~0.02%,即使经敏化所析出的碳化物也很少,它们即难以形成网状,又由于铬在α相中扩散速度快,贫铬区也难以出现,因此,由于铬碳化物析出而引起的晶间腐蚀在超级双相不锈钢中已经不是主要危险。

超级双相不锈钢中含有比较高的氮,因此氮化物(主要是Cr2N)的析出不仅难以避免,而且对超级双相不锈钢的性能也具有相当重要的影响。我们在对 Zeron 100 超级双相不锈钢中碳化物在-46℃时对钢的冲击影响试验中,发现随钢中氮化物析出量的增加,钢的-46℃韧性下降,特别是当氮化物超过0.5以后,-46℃的韧性下降非常迅速。当氮化物达到3.0时,此钢的韧性从250J下降到约50J。这是与钢中氮化物常常形成裂纹源有关。

由于氮化物的析出会导致钢中铬的贫化,因而对钢的耐蚀性也有害。一些文献也研究了Cr2N对晶间腐蚀的不利影响。有点文献也指出了Cr2N的析出要降低超级双相不锈钢耐点蚀性能。在试验过程中,我们也发现氮化物对钢耐点蚀的有害作用要大于对韧性的影响。氮化物即是裂纹源(降低韧性),又是腐蚀源(其周围铬的贫化)。由于超级双相不锈钢可用

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