2205双相不锈钢固溶处理工艺研究.pdf

1、2205双 相 不 锈 钢 固 溶 处 理 工 艺 研 究伍 曦 耘(四 川 省 轻 工 工 程 学 校 ,四 川 643010)摘 要 : 2205双 相 不 锈 钢 在 910 1 300 不 同 的 温 度 保 温 40 m in后 ,分 别 进 行 空 冷 或 水 冷 固 溶 处 理 。 用 金相 显 微 镜 观 察 了 2205双 相 不 锈 钢 的 显 微 组 织 ,测 定 了 组 织 相 的 含 量 和 显 微 硬 度 。 结 果 表 明 :随 着 固 溶 处 理温 度 的 升 高 , 相 含 量 逐 渐 升 高 。 建 议 2205双 相 不 锈 钢 的 固 溶 处 理 工 艺

2、 为 固 溶 温 度 1 070 ,保 温 40 m in,水冷 。关 键 词 :双 相 不 锈 钢 ;固 溶 处 理 ; 相 ; 相中 图 分 类 号 : TG156. 94 文 献 标 识 码 : AThe Technical Study of 2205 Dup lexStainless Steel Solid Solution TreatmentW u X iyunAbstract: 2205 dup lex stainless steel was solid solution treated at different temperature between 910 1 300heati

3、ng for 40 m in, then by water cooling or air cooling. The m icrostructure was observed by a metallographic m icro2scope and phase content and the hardness were tested, as well as the corrosion resistance was analyzed. The resultsshowed that phase rising in content gradually with the solid solution t

4、emperature increasing. W e suggested that theop tim ized technology was heated at 1 070 for 40 m in by water cooling.Key words:2205 dup lex stainless steel; solid solution treatment; phase; phase2205双 相 不 锈 钢 是 一 种 典 型 的 含 N、 Mo,超低 碳 ,铁 素 体 +奥 氏 体 双 相 不 锈 钢 。 由 于 双 相 不锈 钢 具 有 + 的 两 相 组 织 结 构 ,通 常 将

5、/ 控制 在 1 /1左 右 (体 积 分 数 ) ,所 以 它 同 时 具 有 铁 素体 不 锈 钢 和 奥 氏 体 不 锈 钢 的 性 能 特 点 。 与 铁 素 体不 锈 钢 相 比 , + 双 相 不 锈 钢 的 韧 性 高 、 脆 性 转变 温 度 低 、 耐 晶 间 腐 蚀 性 能 和 焊 接 性 能 均 显 著 提高 ,并 且 还 保 留 了 铁 素 体 不 锈 钢 热 导 率 高 、 线 膨 胀系 数 小 、 具 有 超 塑 性 等 特 点 ;与 奥 氏 体 不 锈 钢 相比 , + 双 相 不 锈 钢 强 度 较 高 ,特 别 是 屈 服 强 度显 著 提 高 ,且 耐 晶

6、间 腐 蚀 、 耐 应 力 腐 蚀 、 耐 腐 蚀 疲劳 等 性 能 都 有 明 显 的 改 善 1 。 由 于 双 相 不 锈 钢具 有 诸 多 的 优 异 性 能 ,所 以 得 到 广 泛 应 用 。在 热 处 理 的 过 程 中 ,双 相 不 锈 钢 的 晶 界 处 极易 析 出 一 种 含 高 Cr、 Mo的 Fe2Cr ( 2Mo)金 属 间 化合 物 相 , 其 稳 定 存 在 的 温 度 范 围 为 800 950 。 该 组 织 硬 而 脆 且 危 害 很 大 ,严 重 影 响 不 锈钢 的 耐 晶 间 腐 蚀 性 能 ,在 钢 中 少 量 的 存 在 便 可 大大 破 坏 钢

7、 的 塑 韧 性 。 固 溶 处 理 能 使 析 出 相 回 溶 到基 体 ,在 后 续 的 冷 却 过 程 中 以 细 小 微 粒 弥 散 的 方收 稿 日 期 : 2009 06 15作 者 简 介 :伍 曦 耘 (1965 ) ,女 ,本 科 ,讲 师 ,主 要 从 事 材 料 分 析 教学 工 作 。式 重 新 析 出 ,强 化 固 溶 体 ,并 提 高 韧 性 及 抗 蚀 性能 ,消 除 应 力 ,从 而 使 2205双 相 不 锈 钢 具 有 良 好的 耐 蚀 性 。1 试 验1. 1 试 验 材 料 及 方 法1. 1. 1 试 验 材 料 及 热 处 理 工 艺试 验 材 料

8、为 2205双 相 不 锈 钢 ,试 样 尺 寸 为50 mm 25 mm 4 mm,其 化 学 成 分 (质 量 分数 , % )为 : C: 0. 022、 Cr: 22. 6、 N i: 5、 Si: 0. 001、Mn: 1. 48、 P 0. 02、 S 0. 001。 固 溶 处 理 工 艺 为 :在 SRJX24213型 箱 式 电 阻 炉 中 分 别 加 热 到 910 、950 、 980 、 1 000 、 1 020 、 1 050 、 1 070 、1 100 、 1 120 、 1 150 、 1 170 、 1 190 、1 220 、 1 250 、 1 270

9、、 1 300 ,保 温 40 m in,然 后 进 行 空 冷 或 水 冷 。 试 样 经 200#、 280#、 320#、400#、 600#金 相 砂 纸 磨 光 后 采 用 1 m的 A l2 O3 抛光 ,在 5 mg FeCl3 + 15 m l HNO3 + 50 m l HCl + 100m l H2 O溶 液 中 浸 蚀 。1. 1. 2 显 微 硬 度 测 试经 不 同 温 度 固 溶 处 理 后 ,用 HV21000型 显 微硬 度 计 测 量 试 样 表 面 显 微 硬 度 ,载 荷 为 9. 80 N ,加 载 时 间 为 20 s。1. 1. 3 相 含 量 的

10、测 定61No. 4 大 型 铸 锻 件 July 2009 HEAVY CASTING AND FORGING用 相 (铁 素 体 相 )面 积 含 量 测 定 专 用 软 件测 定 经 不 同 温 度 固 溶 处 理 后 试 样 的 相 所 占 面积 ,以 确 定 相 在 组 织 中 的 含 量 。2 实 验 结 果 与 分 析2. 1 显 微 组 织 观 察不 同 温 度 固 溶 处 理 后 的 显 微 组 织 见 图 1。 固溶 处 理 温 度 较 低 时 ,显 微 组 织 中 、 两 相 呈 纤 维状 。 随 着 固 溶 处 理 温 度 的 升 高 ,晶 粒 发 生 了 再 结晶 长

11、 大 ,两 相 由 纤 维 状 向 等 轴 状 过 渡 ,这 使 钢 的 强度 下 降 。 随 着 固 溶 温 度 的 升 高 ,铁 素 体 逐 渐 增 多 ,奥 氏 体 逐 渐 减 少 。 因 为 铁 素 体 相 为 体 心 立 方 ,奥氏 体 相 的 晶 粒 结 构 为 面 心 立 方 ,所 以 硬 度 增 加 。2. 2 显 微 硬 度 测 试图 1 不 同 温 度 固 溶 处 理 后 2205不 锈 钢 的 显 微 组 织Figure 1 2205 dup lex stainless steel m icrostructure after solution treatment at d

12、ifferent temperature71 大 型 铸 锻 件 No. 4HEAVY CASTING AND FORGING July 2009固 溶 处 理 温 度 对 2205双 相 不 锈 钢 的 显 微 硬度 的 影 响 见 图 2所 示 。 固 溶 处 理 温 度 对 2205双相 不 锈 钢 力 学 性 能 的 影 响 主 要 有 两 个 因 素 :晶 粒再 结 晶 的 完 全 程 度 和 、 两 相 的 转 变 程 度 。 随着 固 溶 处 理 温 度 的 升 高 ,晶 粒 再 结 晶 完 全 程 度 提高 且 呈 长 大 趋 势 ,组 织 中 发 生 了 、 两 相 的 转

13、变即 铁 素 体 增 多 ,奥 氏 体 减 少 。 室 温 下 ,铁 素 体 的 强度 高 于 奥 氏 体 ,因 此 随 着 固 溶 温 度 升 高 钢 的 强 度将 增 加 。固 溶 处 理 温 度 为 910 980 时 ,随 着 温 度 的升 高 ,显 微 硬 度 下 降 ;在 1 000 时 ,铁 素 体 含 量 增加 ,显 微 硬 度 出 现 了 最 大 值 ;在 1 070 时 显 微 硬度 出 现 了 最 小 值 ;随 着 温 度 的 升 高 ,铁 素 体 相 含 量逐 渐 增 加 ,显 微 硬 度 呈 上 升 趋 势 。 在 1 100 之 前空 冷 的 变 化 规 律 与 水

14、 冷 基 本 相 似 。( a) 空 冷 ( b) 水 冷图 2 固 溶 处 理 温 度 对 显 微 硬 度 的 影 响Figure 2 The effect of solution treatment on the m icro2hardness2. 3 相 含 量 的 测 定在 910 1 300 范 围 内 固 溶 处 理 后 水 冷 ,相 含 量 变 化 见 图 3所 示 。 可 以 看 出 ,随 着 固 溶 温度 的 升 高 ,组 织 中 铁 素 体 含 量 逐 渐 增 加 ,这 对2205双 相 不 锈 钢 的 耐 孔 蚀 、 耐 应 力 腐 蚀 、 耐 晶 间腐 蚀 性 能 都

15、要 产 生 重 要 影 响 。图 3 不 同 温 度 固 溶 处 理 后 相 含 量 变 化 曲 线Figure 3 The changing curve for the phase contentafter solution treatment at different temperature在 2205双 相 不 锈 钢 中 ,孔 蚀 电 位 与 奥 氏 体 含量 关 系 密 切 ,随 着 奥 氏 体 含 量 的 增 多 ,钢 的 点 蚀 电位 下 降 2 。 孔 蚀 仅 产 生 在 铁 素 体 晶 内 的 奥 氏 体相 上 。 铁 素 体 相 中 的 含 铬 量 随 钢 中 奥 氏 体

16、含 量 的增 多 而 增 加 ,而 晶 界 、 晶 内 奥 氏 体 相 中 的 含 铬 量 相对 要 减 少 ,但 其 中 晶 界 比 晶 内 奥 氏 体 相 的 含 铬 量要 高 ;含 镍 量 在 两 相 中 的 分 布 恰 相 反 ,晶 界 比 晶 内奥 氏 体 相 的 含 镍 量 要 低 ,含 钼 量 则 随 钢 中 奥 氏 体含 量 的 增 多 在 两 相 中 的 变 化 不 大 。 由 此 可 知 ,由于 奥 氏 体 相 中 的 含 铬 量 、 钼 量 比 铁 素 体 相 中 低 ,而晶 内 奥 氏 体 相 的 含 铬 量 又 低 于 晶 界 ,所 以 晶 内 奥氏 体 相 优 先

17、产 生 蚀 孔 ,两 相 比 例 中 ,奥 氏 体 含 量 比例 越 高 ,产 生 点 蚀 的 机 率 也 越 大 。 随 着 固 溶 温 度的 升 高 , 相 的 含 量 是 逐 渐 增 加 的 ,即 越 不 易 发 生孔 蚀 。双 相 不 锈 钢 的 耐 应 力 腐 蚀 开 裂 性 能 也 随 铁 素体 含 量 的 增 加 而 提 高 ,在 约 含 50%铁 素 体 相 时 断裂 敏 感 性 最 小 3 。 所 以 要 用 正 确 的 热 处 理 工 艺控 制 好 两 相 在 组 织 中 的 比 例 。 如 果 出 现 单 相 铁 素体 组 织 ,反 而 会 恶 化 双 相 不 锈 钢 的

18、 耐 应 力 腐 蚀 开裂 性 能 。 从 图 3可 以 看 出 , 2205双 相 不 锈 钢 在 高温 段 固 溶 处 理 后 ,水 冷 和 空 冷 ,铁 素 体 含 量 都 达 到了 60%以 上 ,耐 应 力 腐 蚀 开 裂 性 能 未 达 到 最 佳 状态 。双 相 不 锈 钢 产 生 晶 界 腐 蚀 的 程 度 也 与 两 相 的比 例 有 关 。 当 铁 素 体 量 不 大 时 , 相 以 孤 岛 状 被奥 氏 体 晶 粒 所 包 围 ,即 使 被 腐 蚀 也 因 相 互 未 能 连接 成 网 络 不 致 造 成 更 大 的 危 险 。 随 着 弥 散 铁 素 体量 的 增 加

19、,晶 界 总 面 积 提 高 (相 对 降 低 了 晶 间 碳(下 转 第 21页 )81No. 4 大 型 铸 锻 件 July 2009 HEAVY CASTING AND FORGING力 挤 压 ,而 流 向 预 留 的 “ CAT EAR” 槽 中 。 NTR法引 进 这 套 模 具 ,通 过 实 验 证 明 ,这 套 模 具 可 以 完 全解 决 平 衡 块 塌 角 缺 陷 。 曲 柄 成 型 简 图 如 图 6所示 。L16 /24曲 臂 GE4130曲 臂图 4 L16 /24和 GE4130曲 臂 示 意 图Figure 4 The sketch of the crank a

20、rmof L16 /24 and GE4130图 5 NTR镦 锻 变 形 图Figure 5 The sketch of the NTRup set forging transfiguration图 6 “ CAT EAR” 模 具 成 型 曲 柄Figure 6 Cat Ear molded crankthrow最 后 改 善 模 具 的 质 量 ,在 锻 造 过 程 中 配 置 冷却 器 ,以 改 善 温 度 对 金 属 流 动 的 影 响 。4 结 论通 过 实 际 试 验 和 生 产 证 明 ,得 出 以 下 结 论 :(1) NTR法 和 “ CAT EAR” 模 具 能 够 有

21、效 解 决曲 轴 的 平 衡 块 塌 角 问 题 ,减 少 了 废 品 率 。(2) NTR法 对 曲 轴 从 坯 料 加 工 到 锻 件 机 加 工前 一 整 套 曲 轴 锻 造 的 工 艺 流 程 进 行 了 改 进 ,从 各个 环 节 保 证 了 曲 轴 锻 件 的 质 量 。参 考 文 献 1 张 志 文 . 锻 造 工 艺 学 . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 1983. 05. 2 万 煦 义 . 大 中 型 全 纤 维 曲 轴 锻 造 方 法 的 探 讨 . 大 型 铸 锻 件 ,2006, (3) : 45 - 52.责 任 编 辑 龙 礼 建(上 接 第 18页

22、)化 物 析 出 浓 度 )和 铁 素 体 相 界 及 其 内 侧 能 够 吸 收更 多 的 碳 化 物 ,当 达 到 一 定 的 极 限 相 含 量 时 ,可 以 消 除 晶 间 腐 蚀 倾 向 。 但 当 铁 素 体 相 含 量 过多 ,呈 连 续 网 络 状 分 布 ,则 其 抗 晶 间 腐 蚀 能 力 变差 。 因 此 ,控 制 适 宜 的 两 相 比 例 ,防 止 相 聚 集长 大 和 采 取 正 确 的 热 处 理 工 艺 是 十 分 重 要 的 。3 结 论(1)在 不 同 温 度 的 固 溶 处 理 工 艺 中 , 1 100以 下 水 冷 和 空 冷 获 得 的 钢 的 硬

23、度 相 当 ;(2)在 910 1 300 之 间 ,随 着 固 溶 温 度 的升 高 , 2205双 相 不 锈 钢 组 织 中 的 相 含 量 是 逐 渐增 加 的 ;(3)建 议 2205双 相 不 锈 钢 的 固 溶 处 理 工 艺为 固 溶 温 度 1 070 ,保 温 40 m in,然 后 水 冷 。参 考 文 献 1 高 娃 ,罗 建 民 ,杨 建 君 ,等 . 双 相 不 锈 钢 的 研 究 进 展 及 其 应用 J . 兵 器 材 料 科 学 与 工 程 , 2005, (3) : 61 - 64. 2 原 基 . 防 蚀 技 术 J . 1987: 36. 3 徐 增 华 . 金 属 腐 蚀 材 料 J . 腐 蚀 与 防 护 , 2001, 22 ( 7) : 321- 324.责 任 编 辑 邓 玉12 大 型 铸 锻 件 No. 4HEAVY CASTING AND FORGING July 2009