熱處理對(duì)25Cr-7Ni-4Mo-N鋼力學(xué)性能及顯微組織的影響

　　研究了固溶溫度對(duì)25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，該鋼固溶處理溫度過(guò)低，將有σ 相析出，影響其沖擊韌度； 固溶處理溫度過(guò)高，組織再結(jié)晶長(zhǎng)大，造成強(qiáng)度下降。25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼的固溶處理溫度應(yīng)高于1025 ℃，其最佳的固溶溫度為1025 ～1100 ℃。

　　25Cr-7Ni-4Mo-N(又稱(chēng)2507) 屬于超級(jí)雙相不銹鋼，由于其超低碳和高鉻、高鉬、高氮的成分設(shè)計(jì)，因此具有很高的腐蝕性能，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼，可取代高合金奧氏體不銹鋼乃至耐蝕合金，用于在苛刻的介質(zhì)尤其是含氯環(huán)境中服役的零件，已在石油、化工、化肥、核能等工業(yè)部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。

　　本文以25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼為對(duì)象，研究固溶處理溫度對(duì)其顯微觀組織和力學(xué)性能的影響。

1、試驗(yàn)材料和方法

　　試驗(yàn)使用的25Cr-7Ni-4Mo-N 鋼經(jīng)鍛造成型，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。先將鍛造成型的25Cr-7Ni-4Mo-N鋼加工成8 件30 mm × 30 mm × 300 mm 的試塊，分別在進(jìn)行950 ℃，1000 ℃，1025 ℃，1050 ℃，1070 ℃， 1100 ℃， 1125 ℃和1150 ℃保溫1.5 h、水冷的固溶處理，加熱設(shè)備為sRJx_4. 13 型箱式電阻爐。然后將試塊加工成標(biāo)距為30 mm、平行部分直徑6 mm 的拉伸試樣，并在DCS-10 t 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上

　　按照GB/T 228.1-2010 金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法進(jìn)行拉伸試驗(yàn)； 沖擊試樣采用V 型缺口試樣，在JB-30B沖擊試驗(yàn)機(jī)上按照GB/T 229-2007 金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試。另外在OlympusGX51 光學(xué)顯微鏡(OM) 上進(jìn)行顯微組織分析。

表1 25Cr-7Ni-4Mo-N 鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2、試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1、固溶處理對(duì)25Cr-7Ni-4Mo-N 鋼顯微組織的影響

　　25Cr-7Ni-4Mo-N鋼不同溫度固溶處理后的顯微組織見(jiàn)圖1。如圖1 所示，25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼固溶處理溫度較低時(shí)，組織由多相組成。隨著固溶處理溫度的提高，組織逐漸轉(zhuǎn)變成兩相組織。由圖1(a) 可以看出，經(jīng)950 ℃固溶處理后，為多相組織，鋼中析出大量脆性相σ相。隨著固溶處理溫度的提高，脆性相σ 相逐漸溶解，在1025 ℃ 時(shí)消失，如圖1(b) 所示。

圖1 不同溫度固溶處理后25Cr-7Ni-4Mo-N 鋼的顯微組織

　　當(dāng)固溶處理溫度較低時(shí)，顯微組織中α、γ 兩相呈纖維狀。隨著固溶處理溫度的升高，晶粒發(fā)生再結(jié)晶長(zhǎng)大，兩相由纖維狀向等軸狀過(guò)渡。由圖1(c)可以看出，組織為(α + γ) 的兩相組織，具有比較規(guī)則的條狀組織特征； 圖1(d) 顯微組織也為(α + γ)的兩相組織，具有規(guī)則的塊狀組織特征。圖1(a) ～(d) 表明，隨著固溶溫度的升高，鐵素體逐漸增多，奧氏體逐漸減少。這是由于α、γ 兩相的體積分?jǐn)?shù)隨固溶溫度T 的變化呈良好的直線關(guān)系，兩相含量可表示為公式(1) 和(2) 。

α% = 33.2 + 0.146(T - 900) ( 1)

γ% = 59.2 - 0.120(T - 900) ( 2)

2. 2、固溶處理對(duì)25Cr-7Ni-4Mo-N 鋼力學(xué)性能的影響

　　固溶處理溫度對(duì)25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼力學(xué)性能的影響見(jiàn)圖2。其中經(jīng)1025 ℃和1050 ℃固溶處理的鋼的沖擊吸收能量分別大于297 J 和298 J。因?yàn)槠錄_擊吸收能量大于沖擊設(shè)備的最大量程，故無(wú)法顯示結(jié)果，只能顯示其最小值，故在圖2中沒(méi)有顯示這兩個(gè)固溶處理溫度對(duì)應(yīng)的沖擊吸收能量。固溶處理溫度對(duì)25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼力學(xué)性能的影響主要有兩個(gè)因素：晶粒再結(jié)晶的完全程度和α、γ 兩相的轉(zhuǎn)變程度。隨著固溶處理溫度的升高，晶粒再結(jié)晶完全程度提高且呈長(zhǎng)大趨勢(shì)，組織中發(fā)生了α、γ 兩相的轉(zhuǎn)變即鐵素體增多，奧氏體減少。

　　如圖2 所示，固溶溫度低于1050 ℃時(shí)，強(qiáng)度隨著固溶溫度的提高而降低。這是由于組織的再結(jié)晶起主導(dǎo)作用，因而鋼的強(qiáng)度逐漸下降，但其沖擊韌度明顯增加； 當(dāng)固溶溫度高于1050 ℃時(shí)，強(qiáng)度隨著固溶溫度的升高而增加，兩相組織的轉(zhuǎn)變起主導(dǎo)作用，因而鋼的強(qiáng)度逐漸增加，沖擊韌度呈下降趨勢(shì)。原因有兩個(gè)方面：(1) 由于溫度超過(guò)了σ 相穩(wěn)定的最高溫度，α 相可溶于奧氏體中或轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體；(2) 兩相組織變化，鐵素體相比例增大，從而減少有關(guān)α 相形成元素，抑制了σ 相的形成。當(dāng)固溶溫度高于1100 ℃時(shí)，其強(qiáng)度開(kāi)始下降，但沖擊韌度變化不明顯。當(dāng)固溶溫度達(dá)到1150 ℃時(shí)，其抗拉強(qiáng)度已經(jīng)低于800 MPa。這主要是由于固溶溫度過(guò)高，造成組織發(fā)生明顯的再結(jié)晶長(zhǎng)大，因此其抗拉強(qiáng)度降低。由圖2 可以看出，該鋼的固溶處理溫度應(yīng)該嚴(yán)格控制在1025 ～ 1100 ℃，以使其獲得良好的綜合力學(xué)性能。

圖2 不同溫度固溶處理后25Cr-7Ni-4Mo-N 鋼的力學(xué)性能

3、結(jié)論

　　(1) 當(dāng)固溶溫度低于1025 ℃時(shí)， 25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼的組織為多相組織，鋼中會(huì)析出大量的脆性相σ 相； 當(dāng)固溶溫度大于1025 ℃時(shí)，組織為雙相，無(wú)析出相。

　　(2) 當(dāng)固溶溫度低于1050 ℃ 時(shí)，鋼的強(qiáng)度隨著溫度的提高而降低； 當(dāng)固溶溫度高于1050 ℃時(shí)，強(qiáng)度、硬度隨著溫度的升高而增加，沖擊韌度下降； 當(dāng)固溶溫度高于1100 ℃時(shí)，強(qiáng)度硬度隨著溫度的升高而降低，沖擊韌度變化不明顯。

　　(3) 25Cr-7Ni-4Mo-N 雙相不銹鋼的固溶溫度應(yīng)控制在1025 ～ 1100 ℃。