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传统的奥氏体不锈钢在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面的抗力..
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双相不锈钢的焊接工艺
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& 一、SAF的焊接性&
& 1.SAF的性能特点 &
& 1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在600℃以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂cv548，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。 & & & & &&
& 2）含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L。 & & & & &&
& 3）具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等动力设备。 & & & & &&
& 4）综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上。 &
& 5）可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。 & & & &&
& 6）含低铬（18%Cr）的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过锻造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，可以生产板、管和丝等产品。 & & & & &&
& 7）冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，需施加较大应力才能变形。 &
& 8）与奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。 & & & & &&
& 9）仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用在高于3000C的工作条件。
& 双相不锈钢中含铬量愈低，&等脆性相的危害性也愈小。&
& 2.SAF的组织特点
& 目前双相不锈钢由于冶炼质量要求高，价格较贵，故产量不高，约占世界不锈钢产量的1％，但上世纪90年代以后增加较快，1990年产量约10万t，1999年已达11万t，2000年约为20万t。我国在上世纪60年代开始研究双相不锈钢，主要有低铬（Cr18）、中铬（Cr22）和高铬（Cr25）3种，主要产品是管、板和复合板，产量都不大，约2000t，2001年双相不锈钢的消费量约4000t，有1/2随工程进口。 &
& 双相不锈钢的组织，根据W(Ni)eq，W(Cr)eq和Schaeffer图，一般奥氏体（A）和铁素体（F）的比例约为60％:40％，但实际上由于化学成分和固溶处理的温度偏差，可能出现;A或F&70％，对性能会有一定影响，因此，最好控制在各为50％。&
& 双相不锈钢具有很强的抗局部孔蚀、点蚀和缝隙孔穴式腐蚀的能力，主要是由化学成分中的Mo，N等元素起的作用。经多年研究，建立了一个抗孔蚀当量指数PREN（PREN=& Cr+3.3& Mo+16 & N）来评价，其值越高，抗局部孔蚀的能力越强。
& 双相钢的一个显著特点就是其双相组织。除此之外,还常伴有其他相组织的产生,这些次生相也或多或少的影响钢材的性能。对双相钢来说,特殊的合金元素组成是保证构成双相及各相比例的基础,通过主要元素的含量,可以预测金相组的相比例。目前,国际上使用较多的是美国焊接研究会WRC提出的WRC一92组织图
& 铬、铂、妮是主要的铁素体相形成元素,而镍、碳、氮、铜是主要的奥氏体相形成元素。改变这些元素的含量,即可改变固溶组织中的相比例。
& 除了不同元素的组成及比例影响相比例外,热处理也将在一定程度上影响相的比例。双相钢在高温下(1300℃以上),呈现单一的高温铁素体组织,即&相。但冷却过程中粗大的&相阿会转变成常温铁素体相(&相)和奥氏体相(&相)。由于&相与&相的生成条件、速度不同,因而不同的冷却起点温度及冷却方式速度会使&相与&相有不同的最终比例,而且其组织特征也不同。其实,热处理对相比例的影响是有限的,但对二次相(对钢材性能的影响比较大)的生成才是至关重要的。常用的双相钢常会在冷却过程中出现二次相。主要的二次相有二次奥氏体、碳化物、&相、&相、R相等。 &
& (1)二次奥氏体(&2)。双相钢冷却时会在铁素体相中析出&2。&2相具有一定的奥氏体相特征,会促进&相的生产。 &
& (2)碳化物(M23C6)的存在不利于钢材的耐蚀性。快速冷却可避免M23C6的生成。 &
& (3)&相硬而脆,可显著降低钢材的塑性和韧性。&相富含铬,使其周围因铬而耐腐蚀性降低。鉴于此,&相是一种危害最大的二次相。以急冷方式快速通过该温度区间,可有效避免&相的产生。 &
& (4)&相、R相、都是在一定的温度区间(550℃-750℃)析出的金属间相,富铬和钼,硬而脆,易降低钢材的耐腐蚀性。但与&相相比,析出的量较少,因此其危害低于&相。&
& 3.耐腐蚀性能 &
& 开发双相钢就是解决奥氏体不锈钢腐蚀开裂性能的问题, 并同时获得高强度。 &
& (1)均匀腐蚀。一般来讲, 双相组织并不利于钢材耐电化学腐蚀,因为可能出现电偶腐蚀。在某些强氧化性酸和强还原性酸中,其耐腐蚀性有时不如奥氏体, 但有时比奥氏体还好。在有机酸中,它和奥氏体不锈钢一样都具有良好的耐腐蚀性。在碱液中,其耐腐蚀性相对较差些。 &
& (2)孔蚀是一种局部腐蚀,也是不锈钢最有害的腐蚀型式之一,它往往成为应力腐蚀开裂和疲劳腐蚀开裂的根源。目前比较流行的是通过孔蚀指数(PREN)来评价钢材的耐孔蚀性能。即将耐孔蚀的几个主要元素折合成铬含量的当量, 通过铬含量的当量(PREN)来判断钢材的耐孔蚀性能:PREN=Cr％+3.3xMo％+16xN％因此, 对于钢材的抗孔蚀性能,除了考虑其值外,还要在生产过程中力求避免相的生成,减少金属夹杂物。
& (3)晶间腐蚀。双相钢几乎不发生晶间腐蚀敏化,即使是在焊后空冷条件下。
& (4)应力腐蚀。双相组织的存在,使得双相钢抗应力腐蚀开裂的性能要优于奥氏体不锈钢及铁素体钢。总的说来,双相钢的抗均匀腐蚀性能、抗孔蚀性能、抗缝隙腐蚀性能与奥氏体不锈钢相比并没有优越太多,但其抗晶间腐蚀性能、抗应力腐蚀性能则明显优于奥氏体不锈钢。&
& 4.力学性能 &
& 1)强度。在双相钢中,由于铁素体相约占二分之一,故其强度明显高于奥氏体不锈钢。双相钢的强度比奥氏体不锈钢高约三分之一。 &
& 2)塑性和韧性。在双相钢中,由于奥氏体相约占二分之一,故其塑性和韧性优于铁素体不锈钢。另外由于奥氏体相的存在,使得容易产生脆性化合物的碳、氮等在铁素体相中溶解度降低,从而降低了脆性相的发生。同时,因两相同时存在,可阻止或缓解高温下晶粒的长大,也可阻止或缓解裂纹的扩展,从而提高了钢材的塑性和韧性。 &
& 但与奥氏体不锈钢相比,由于铁素体相的存在,使得其塑性和韧性相对较低,尤其是铁素体相中易产生&相、&相、R相、&相等脆性相,如果处理不当,会严重影响钢材的塑性和韧性。&
& 5.加工性能 &
& 工程上应用较多的加工方法有冶炼、铸造、热变形加工、冷变形加工、机加工、热处理、焊接等。 &
& (1)冶炼。双相钢的冶炼比奥氏体或铁素体钢的难度大, 控制要求高。目前, 双相钢最低要求应采用或进行精炼的。 &
& (2)铸造。基于与冶炼同样的道理, 铸造难度也大于一般奥氏体和铁素体钢材, 而且难度比冶炼更大。除此之外, 由于两相组织的原因, 在浇铸时还要采取有效的措施, 以避免比奥氏体钢更容易出现的铸造裂纹两相凝固差别的原因、气孔加氮的原因等问题。 &
& (3)热变形加工。双相钢具有的两相组织使其热变形加工的难度要远大于奥氏体不锈钢。冷变形加工。双相钢的冷变形加工的难度要远大于奥氏体不锈钢。 &
& (4)机加工。就常用的工程材料而言, 都不存在较大的加工难度, 双相钢也不例外。热处理。热处理对双相钢性能还有一些特殊影响。
& ①不同的热处理参数, 可得到不同的相比例, 直接影响钢材性能
& ②通过热处理,可以改变加工过程中的元素分配比例,改善甚至消除加工过程中次生相带来的不利影响,从而影响到钢材的最终机械性能和耐腐蚀性能等
& ③热处理过程也会使钢材产生新的次生相, 也会导致元素在各相中的重新分配。
& 因此,不恰当的热处理会使钢材的性能恶化最早限制双相钢应用的主要原因就是焊接问题,而工程上又往往不可避免焊接过程。 &
& 双相钢焊接的难点就在于其焊接接头是否仍能获得与母材相同或相近的两相组织, 这也是保证焊接接头是否具有与母材同样性能(包括力学性能和耐腐蚀性能)等的关键所在。这里所说的焊接接头包括焊缝熔合区、高温热影响区(HTHAZ)和低温热影响区(LTHAZ)。 &
& (1)焊缝熔合区。该区域的两相组织相对容易控制 即通过选择合适的焊接材料就能做到. &
& (2)高温热影响区。它是指具有约1250℃熔点这一温度特征的区域。这一区域很窄, 却是其相组织最难控制的一个区域。因为母材的成分不能因其而有过多的奥氏体形成元素, 而该区域的温度特征又使其高温铁素体在冷却过程中部分得不到向奥氏体转化。应采用较大的焊接线量,使焊缝冷却速度降低, 使高温铁素体有一定的时间向奥氏体转化, 从而使相组织均衡。 &
& (3)低温热影响区。由于该区域的温度较低,不足以引起基本相的变化, 但可能会发生二次相的产生。因此, 采用合适的焊接线量并控制层间温度是防止低温热影响区性能变坏的主要手段。
& 值得一提的是,一般不进行焊后热处理双相不锈钢的焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点，并减少了其各自的不足之处。
& (1)热裂纹的敏感性比奥氏体钢小得多。 &
& (2)冷裂纹的敏感性比一般低合金高强钢也小得多。 &
& (3)双相不锈钢焊接时主要问题不在焊缝，而在热影响区，因为在焊接热循环作用下，热影响区处于快冷非平衡态，冷却后总是保留更多的铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹（脆化）的敏感性。 &
& (4)双相不锈钢焊接接头有析出%相脆化的可能，&相是Cr和Fe的金属间化合物，它的形成温度范围600-1000.C，不同钢种形成&相的温度不同，如00Cr18Ni5Mo3Si2 钢在800-900.C，而双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3CuN的在800-900.C，8500.C时最敏感。形成%&相需经一定的时间，一般1-2 min萌生1-2 min&相增多并长大，因此，焊接时应采用小热输入，快速冷却，消应力处理时应采用较低的温度，如550-600.C为宜。 & & &
& (5)双相不锈钢含有50%的铁素体，同样也存在475.C脆性，但不如铁素体不锈钢那样敏感，双相钢中的铁素体在300-525.C之间长期保温会析出高铬&，相，而在475.C最敏感，使双相钢发生脆化，由于&，相析出时间较长，故对一般焊接影响不大，但应限制双相不锈钢的工作温度不高于250.C。 &
& 双相不锈钢的焊接件，由于工艺不当，一旦产生&相或析出&，相引起475.C脆性，则可采用固溶处理使之消除。双相不锈钢的扩散氢含量不及奥氏体不锈钢，因此焊材中或周围环境中氢的质量浓度较高时，则会在焊接双相不锈钢时出现氢致裂纹和脆化。 &
二、焊接中可能存在的问题&
& (1)SAF的&相脆化 & &&
& 在Fe-Cr二元合金中，&相中含Cr约为25%，形成温度为520-820℃，有很多合金元素可置换&相中的Fe和Cr原子，从而使&相生成于稳定的温度区间和几率增大。&相析出主要在相中进行，如果&相含有较多的Mo时，即可提高&稳定存在温度区，又能加速&相的析出过程。高铬双相不锈钢容易产生&相脆化现象。&
& (2)焊接接头的氢脆和氢致裂纹 & &&
& 双相不锈钢凝固结晶为单相铁素体，但是一般的拘束条件下，焊缝金属的热裂纹很小。当&/&适当时，冷裂纹敏感性也较低，但双相不锈钢中毕竟含有较高的 & 相，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，还存在氢致裂纹的危险。通过对模 拟焊接热影响区的试棒研究了双相不锈钢的氢脆与显微组织之间的关系，并采用断裂应变评定了氢脆敏感性，结果表明氢脆主要发生于&相，而且氢脆的敏感性随峰值温度的升高而增加。
& (3)焊接接头的应力腐蚀开裂 & &&
& 从双相不锈钢应力与断裂时间的延迟破坏之间的关系可知，母材的临界应力达到破坏应力的90%，氢脆应力腐蚀开裂的敏感性很低，焊缝金属的临界应力为破坏应力的70%，相当于&0.2的95%，由于焊缝周围的残余应力可以超过&0.2，因此焊接接头容易产生腐蚀开裂。
& (4）焊接接头的点蚀 & &
& 由于冷却速度对点蚀点位的影响较为显著，因此，同样的含N量在冷却速度不同的条件下点蚀电位相差很大。由此可见，含N量较低的双相不锈钢的点蚀电位对冷却速度很敏感，在焊接含N量较低的双相不锈钢时对冷却速度的控制要求更严。
& 无锡海新不锈钢有限公司是一家集不锈钢批发与材料加工为一体的大型公司。是国内太钢、张浦、酒钢、西安华新、泰山钢铁、东方特钢、西南特钢的一级代理商,公司已经形成了自己的经营特色：高温板是强项，化工板是优势，双相钢是亮点，中厚板是特长。公司信奉&合作伙伴的利益高于一切的经营理念，欢迎广大客户来电、来函垂询，海新不锈将以真诚的服务与四方朋友合作，共创美好明天!
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超级双相不锈钢SAF2507阀门铸件的生产研制.pdf 4页
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超级双相不锈钢SAF2507阀门铸件的生产研制.pdf
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Production Techniques
超级双相不锈钢SAF2507阀门铸件的生产研制
顾丽丽 ，刘佳任，雷志刚，候先龙，彭杰，朱慧玲，冷文昌，张佳秋，吴殿杰
（1.中核苏阀横店机械有限公司，浙江东阳 322118；
2.机械工业第九设计研究院有限公司，吉林长春 130011）
钼、镍和氮的量都高于第二代双相不锈钢。在生产过程中及易出现气孔、氧化夹渣、裂纹等缺陷，造成废品率
较高，焊补量较大。通过采用AOD精炼炉对钢液进行精炼，控制C、P、S的含量在下线，有效地控制N的含量，
目前已攻克了难关且能够批量生产SAF2507阀门铸件及同类产品。
关键词: 超级双相不锈钢；生产研制；铸造缺陷
中图分类号：TG245；文献标识码：A；文章编号:（3-04
DOI：10.3969/j.issn.16.05.015
好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般 18-8 型奥氏体
SAF2507 是第三代超级双相不锈钢，美国标准
不锈钢在60
℃以上中性氯化物溶液中容易发生应
（国标ZG 00Cr25Ni7Mo4N），其显微组织有比较理想
力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用
的铁素体/ 奥氏体之比约为50/50 的双相结构，兼有
这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在
奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与奥氏体不锈钢相
着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良
比其塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能
好的抵抗能力。
和焊接性能均显著提高，其强度及抗腐蚀能力极强，
(2)超级双相不锈钢SAF2507，具有良好的耐腐
耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优良。也是一种节镍型不
蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件
锈钢。由于钢中铁素体的含量高使钢的脆性加大、
下，适用于制作泵、阀等过流设备。
流动性较差、晶粒粗大、造成热裂的倾向较大，又由
(3)综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强
于氮的含量提高给铸件造成气孔的几率较大。因此
度，屈服强度是304 型奥氏体不锈钢的2 倍。固溶
该钢种给铸造工艺的设计和钢液的熔炼带来了很大
态的延伸率达到25%
困难。目前国内一些阀门铸造厂家对于超级双相不
(4)可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预
锈钢SAF2507 大口径的高压力的阀体的生产一直
热，焊后不需热处理，可与304 奥氏体不锈钢或碳
存在着一定问题，在生产过程中出现气孔，氧化夹
钢等异种钢材焊接。
渣、裂纹比较严重，造成废品率较高，焊补量较大。
(5)与奥氏体不锈钢相比，导热系数大、线膨胀
因此造成了脱延工期不能按期交货现象。
系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适
合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢
1 SAF2507 超级双相不锈钢的特性
(1)超级双相不锈钢SAF2507 在低应力下有良
2 SAF2507 超级双相不锈钢主要用途
由于SAF2507 含有较高的铬、钼及高氮含量
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固溶温度对铸造双相不锈钢微观组织及力学性能的影响
铸? 188?造Fe b. 2012 Vol.61 No.2FOUNDRY!&!!!!!& 应用技术 !&!!!!!&固溶温度对铸造双相不锈钢微观组织 及力学性能的影响尚 勇，刘仲礼，武 明，徐娟萍（ 烟台台海玛努尔核电设备股份有限公司，山东烟台 264002 ）摘要：研究了不同固溶温度对00Cr22Ni5Mo3N铸造双相不锈钢微观组织和力学性能的影响。结果表明：在1 120~1 200 ℃温度区内固溶处理后，合金中的铁素体相比例随着固溶温度的升高而升高；冲击性能随着固溶温度的升高而降低；合 金的拉伸强度和断面伸长率随固溶温度的升高变化不大；屈服强度在1 120~1 140 ℃温度阶段有所升高，在1 160~1 200 ℃屈 服强度变化不大。关键词：双相不锈钢；固溶处理；力学性能；微观组织 中图分类号：TG142.71 文献标识码：B 文章编号： （ ） 02-2Effect of Solution Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of Cast Duplex Stainless SteelSHANG Yong, LIU Zhong-li, WU Ming, XU Juan-ping（ Yantai Taihaimanuer Nuclear Equipment Co., Ltd., Yantai 264002, Shandong, China ）Abstract： The microstructure and mechanical properties of cast duplex stainless steel with different solution treatment temperature were studied. The experimental results indicate that the phase transformation would take place in the alloy after solution treatment at 1 120-1 200 ℃. With the increase of solution temperature, the ferrite content of alloy is improved, while the impact performance o the tensile strength and percentage elongation of alloy hav the yield strength is increased at 1 120-1 140 ℃ while fluctuates little at 1 160 to 1 200 ℃. Key words：du m microstructure我国引进的法国EPR核电技术中，三回路中的海 水循环泵叶轮采用的是铸造铁素体-奥氏体 00Cr22Ni5Mo3N （SAF2205 双相不锈钢，该种材料 ） 具有铁素体 （） 和奥氏体 （） 两相组织，具有良好 α γ 的综合力学性能及抗海水腐蚀性能 [1-4]。研究认为在双 相不锈钢中，组织中两相含量基本相等时，材料具有 最佳的力学及抗腐蚀性能 [5-7]。相比例主要受化学成分 及固溶温度的影响，化学成分根据Schaeffler图进行设 计，然后采用热处理进行相的调整[8-11]。本文主要研究 在1 120~1 200 ℃范围内固溶温度对SAF2205型双相不 锈钢铸造组织和力学性能的影响，以便确定针对该种 材料最佳的热处理工艺。图1 十字锭图1试验材料及方法SAF2205双相不锈钢采用20 t电弧炉+25 t的AOD炉Fig. 1 Schematic diagram of the cross ingot （ unit：mm ）上取样块，将试样块置于N7/H型马弗炉中进行加热， 在1 120 ℃、1 140 ℃、1 160 ℃、1 180 ℃及1 200 ℃ 下保温2 h后进行水淬。将固溶后的材料加工成直径精炼，出钢量为22 t，铸件毛坯重约17 t，图1所示的试 验十字锭与叶轮冒口相连，为同炉钢液浇注，在十字锭收稿日期：收到初稿，收到修订稿。 作者简介：尚勇 （ 1981），男，工程师，硕士，研究方向为材料及热处理。通讯作者：刘仲礼，男，高级工程师，博士，E-mail： 铸造尚勇等： 固溶温度对铸造双相不锈钢微观组织及力学性能的影响?189 ?10 mm，标距50 mm的圆柱形拉伸试样，采用CMT5205 电子万能试验机进行拉伸试验，拉伸速率为3 mm/min。 采用JB-W300 摆锤冲击试验机对10 mm×10 mm×60 mm 的“V”型缺口冲击试样进行冲击试验。将剩余试样 经机械抛光后，采用10%的KOH溶液，在4V电压的条 件经过40 s电解腐蚀，化学侵蚀后在OLYMPUS BX51U 型金相显微镜下观察金相组织；用NFA05-150分析方 法和FEISHER MP30型铁素体含量测定仪分析铁素体含 量。采用美国Hysitron公司生产的Tribo Indenter纳米压 痕仪测量金相组织中相界处、铁素体相及奥氏体相的 纳米硬度，压入载荷5 000 μN，压入速度500 μN/s，负载5 s后以同样的速度卸载。22.1试验结果及讨论化学成分 表1为双相钢化学成分。 根据表1中的化学成分计算其铬当量 （ ） 和镍 Creq 当量 （ ） 分别为： Nieq Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb%+ 5×V%+3×Al%=26.6 （） 1 Nieq=Ni%+30×C%+0.87+0.33×Cu%+ 30× （N%-0.045 =10.8 ） （） 2表1 SAF2205双相不锈钢的化学成分 Table 1 Chemical composition of SAF2205 duplex stainless steelC 0.018 7 Si 0.262 Mn 0.516 P 0.019 3 S 0.001 36 Cr 22.63 Cu 0.073 5 Mo 3.31 Ni 5.32 Al 0.014 1 V 0.044 7 N 0.178 Ti 0.025 Nb 0.012 3 W 0.006 8wB/%Fe 67.4由以上铬、镍当量，查Schaeffler图可以得到铁素 体含量为48.9%。后，其纳米硬度小于两相区。这种差异主要来源于晶 界的贡献，一般情况下，有细小析出物的晶界上硬度 增大，没有析出物的晶界其硬度比晶内低[12-13]。表明了 在两相交界处和铁素体内部存在的白色析出物即为二 次相，是由于铸件在冷却过程中，冷却速度较慢，合 金长时间经历了1 000 ℃以下的温度范围，在相界处和 铁素体内部会析出的一系列的脆性相或其他金属间化 合物 [14]，由于其硬且脆，带来相界区域的硬度上升， 通过固溶处理，这些金属间化合物逐渐固溶入铁素体 α γ （ ） 相和奥氏体 （） 相，其相界处硬度也就有所下 降，也使两相界限清晰可见。固溶温度对微观组织的影响 图2为SAF2205双相不锈钢铸态及不同固溶温度处 理后金相组织。 由图2a所示双相不锈钢的铸态组织可以看出，亮 白色的碎冰状奥氏体相镶嵌在灰黑色的铁素体基体上， 在两相交界处存在一些白色的生成物。对铸态组织存 在的三种相进行纳米压痕试验，得到纳米硬度，并与 热处理后的纳米硬度进行比较，结果如表2所示。铸态 组织中相界处的纳米硬度大于两相区，而在固溶处理 2.2（） 铸态 a（） 1 120 ℃ b（） 1 140 ℃ c（） 1 160 ℃ d 图2（） 1 180 ℃ e SAF2205双相不锈钢铸态及不同温度固溶后微观金相（ 1 200 ℃ ） fFig. 2 OM image of SAF 2205 duplex stainless steel at as-cast condition and after solution treatment at different temperature Fe b. 2012? 190?表2 热处理前后不同区域的纳米硬度 Table 2 Nano-hardness at different areas before and after heat treatment位置 相界处 奥氏体 铁素体 硬度平均值及其95% 置信区间/GPa 铸态 （ ） 5.1±0.5 4.7±0.1 4.8±0.1FOUNDRYVol.61No.2L L+αL+α+γ L+γ硬度平均值及其95%置 （ ） 信区间/GPa 固溶后 4.1±0.2 4.2±0.2 4.3±0.1由图2b-2f固溶热处理后的组织可以看出，随热处 理温度的增加，奥氏体相更加圆润，而且分布更均匀， 奥氏体相由方向性强的长条状分布逐渐转变为弥散的近 等轴状分布。热处理后，铁素体含量变化如图3所示。图4 Cr-Ni70Fe的伪二元相图Fig. 4 Pseudo-binary phase diagram of Cr-Ni70Fe线解方程拟合方程为： y=-67.782+0.103 4x 试验值线性拟合方程为： y=-98.66+0.134x （） 5 与试验值比较，如图5所示，相同固溶温度下，铁 素体含量的试验值高于线解方程得到的理论计算值， 从图5的两条拟合线上看来，合金中铁素体含量变化规 律基本一致。 （） 4图3 铸态及热处理后铁素体含量 Fig. 3 Ferrite content of SAF 2205 duplex stainless steel at as-cast condition and after solution treatment at different temperature图3说明随热处理温度增加，铁素体含量亦增加， 固溶温度从1 120 ℃升高到1 200 ℃，铁素体含量增加 了10.1%，增幅为20.0%，可见固溶温度对铁素体含量 的影响是非常显著的。参考图4所示的伪二元相图 [15]， 当温度超过1 000 ℃ 时，α相与 （α+γ 相 的 边 界 及 ） （ ） 相与γ相的边界都向右弯曲，而且前者的弯曲 α+γ 度大于后者，如箭头所示，即随着温度的升高， （ ） 相区逐渐减少。由杠杆定律可知，α相的含量 α+γ 将随着固溶温度的升高而增加，当温度达到虚线3以上 的位置时，奥氏体会全部转变为铁素体组织。 根据热力学计算的奥氏体线解方程式[16-17] （），由 3 线解方程求得铁素体含量的体积百分比的理论值。 f γ=2.2（1.39×10-3 T+[ 1.35×10-3 T-0.78]%C+ ） （ ） [ （1.30×10-5 T-0.037]%Cr+ ） （-2.44×10-7 T+0.049]%Cu+ [ ） （-5.00×10-5 T+0.061]%Mn+ [ ） （-3.08×10-6 T-0.008 1]%Mo+ [ ） [ （1.56×10-3 T-1.40]%N+ ） （-3.97×10-5 T+0.11]%Ni+ [ ） （3.32×10-5 T-0.061]%Si+ [ ） （2.11×10-5 T-0.038]%W [ ） （） 3图5 固溶温度对铁素体含量试验值和计算值的影响 Fig. 5 Effect of solution temperature on measured and calculated ferrite content value固溶温度对力学性能的影响 不同的固溶温度对SAF2205双相不锈钢的力学性能 的影响如表3所示，在1 120~1 200 ℃范围内，随着固溶 温度的升高，抗拉强度和断后伸长率变化不明显，屈服 强度在1 120~1 140 ℃范围内有所升高，1 160~1 200 ℃ 范围内变化不明显；冲击韧性明显下降，从1 120 ℃的 237.3 J下降到1 200 ℃的197.0 J，下降了17.0%。 固溶温度对合金力学性能的影响，主要考虑两个 因素：α/γ两相转变程度和晶粒再结晶程度。随着固溶 温度的提高，铁素体含量增加会提高合金的力学性能， 特别是屈服强度，但固溶温度越高，两相中的成分差 2.3 铸造表3尚勇等： 固溶温度对铸造双相不锈钢微观组织及力学性能的影响?191 ?不同固溶温度后力学性能[4]Orthodontics and Dentofacial Orthopedics，：69-79. Itman Filho A，Rollo J M D A，Silva R V，et al. Alternative process to manufacture austenitic-ferritic stainless steel wires [J]. Materials Letters，92-1194. 平均值 237.3 216.0 202.0 200.0 197.0 [7] [5] He Yanlin，Zhu Naqiong，Lu Xiaogang，et al. Experimental and computational study on microstructural evolution in 2205 duplex stainless steel during high temperature aging [J]. Materials Science and Engineering A，21-729. [6] Momeni A，Dehghani K. Hotworking behavior of 2205 austenite-ferrite duplex stainless steel characterized by constitutive equations and processing maps [J]. Materials Science & Engineering A，2010. Joanna Michalska， Maria Sozaska. Qualitative and quantitative analysis of σ and χ phases in 2205 duplex stainless steel [J]. Materials Characterization，5-362. [8] Riad Badji，Mabrouk Bouabdallah，Brigitte Bacroix，et al. Phase transformation and mechanical behavior in annealed 2205 duplex stainless steel welds [J]. Material Characterization，7453. [9] El Bartali A，Evrard P，Aubin V，et al. 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