李国平等：σ相对S32760超级双相不锈钢组织和性能的影响 ·365 水腐蚀环境，目前国内外海水淡化，油气、烟气脱硫，采 S32760钢不仅含有较高的Cr和Mo,而且还加入 矿，石化设备等领域对该钢种有急切的需求四 了W.由于W属于铁素体形成元素，理论上会提高σ 双相不锈钢在敏化温度区间时效出现的C2N、 相析出的敏感性，同时σ相的成分和析出温度范围将 M,C6XY2σ等析出相P可将显著降低双相不锈钢的 有一定的变化，这对材料的热处理、焊接过程控制带来 耐腐蚀性和力学性能圆.其中，σ相由于析出温度范 更为不利的影响.因此，研究σ相的析出规律及其对 围宽且析出速度快，对双相不锈钢的危害最大，因此掌 微观组织、力学性能和耐蚀性能的影响，对开发该钢 握σ相的析出规律是制定双相不锈钢轧制、热处理工 种、制定合理的加工工艺和热处理制度，具有重要 艺的关键依据刀.通常认为σ相是一种FeCr-Mo的 意义 金属间化合物，具有四方结构，析出温度范围为600~ 1实验材料及方法 1000℃图：同时，成分中Cr和Mo的含量越高，σ相析 出的敏感性越强，其稳定存在的上限温度越高.2205 1.1 实验材料 双相不锈钢一般在1000℃以上就重新溶解网，而2507 实验材料为经AOD炉治炼、连铸和热轧后获得的 超级双相不锈钢经过1000℃保温30min,水冷，还会析 S32760双相不锈钢钢板.连铸坯厚度160mm,热轧加 出大量σ相0，在1020℃固溶处理时金相组织中仍 热温度1240~1260℃，轧后板材厚度为12mm.实验钢 有3.22%的σ相，在1040℃时可重新溶解四 的化学成分以及ASTM A240/A24OM标准成分见表1. 表1实验钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the tested steel % 试样 C Mn Cr i Mo Cu W N Fe 实验钢0.014 0.52 0.7 0.028 0.0015 25.11 693 3.51 0.69 0.65 0.25 余量 标准 ≤0.03 ≤1.00≤1.00 ≤0.030 ≤0.010240-2606.0~8.03.0~4.00.5-1.00.5~1.00.20-0.30余量 1.2实验方法 200°砂纸和320砂纸研磨，最后在帆布上完成精磨，将 S32760双相不锈钢热轧板经连续退火炉1100℃、 试样表面清洗后，用丙酮除油.电化学测试采用三电 36min固溶处理后，在SX-8-13型高温箱式电炉中 极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极 经850,900、950、1000、1050和1080℃保温1h时效析 (SCE),实验介质为3.5%NaCl溶液，用分析纯NaCl 出处理，然后立即水冷.采用Feritscope MP--30E铁素 试剂及去离子水配制，溶液未除氧.动电位扫描法进 体仪对不同热处理后的试样进行铁素体相（相）含 行稳态阳极极化曲线测试，测定点蚀击穿电位E,扫 量测量 描速度为20mVs1 对时效试样按照ASTM A370标准进行室温拉伸 2实验结果及分析 试验，每组做3个试样取平均值.利用布洛氏硬度计 测量各试样的硬度，每个硬度值取3次测试的平均值. 2.1组织转变规律 在不同温度下利用ZBC450B型冲击试验机进行下冲 双相不锈钢中α和Y两相的质量分数比影响材 击韧性试验，每种状态做6个试样并取平均值，试样的 料的服役性能.当a:y接近1：1且组织中不含有其他 断口形貌分析在Nova Nano SEM430型场发射扫描电 析出相时，可以获得最佳的耐腐蚀性和力学性能，尤其 镜上完成 可获得优异的耐应力腐蚀和良好的塑韧性能，同时接 对不同时效试样进行显微组织观察，利用能谱仪 近1：1的相比例还可以改善焊接热影响区的组织和性 对析出相化学成分进行分析，利用EM2100型透射电 能0.表2给出S32760实验钢在不同工艺阶段的a 子显微镜对相结构进行分析.金相显微组织侵蚀试剂 含量测量结果.从表中可以看出，热轧后实验钢中α 为20gK0H+15gK,Fe(CN)。+20mLH,0的混合溶 相的质量分数为47.58%，经1100℃固溶处理以及在 液，各相含量采用图像分析软件（德国徕卡/DM4000) 随后的1050℃和1080℃保温处理过程之后，钢中a 测定，每个试样选取10个视场取平均值，视场大小为 相的质量分数均达到50%左右.实验采用的Ferit-- 250um×250um. scopeMP-30E铁素体仪是根据物质磁性测量结果来分 按照ASTM G48方法A进行点蚀实验，实验温度 析钢中铁素体的含量.由于目前已知的双相不锈钢中 分别为35℃和50℃.用Model3.52进行电化学测试， 主要析出物如Cr,N、MC6X、o和Y2相均无磁，因此 按照GB/T17899一1999的规定，首先将试样线切割尺 在1050~1080℃即a相的质量分数为50%左右的试 寸为3mm×20mm×30mm,然后对所有表面先后用 样中，还无法判定剩余的50%左右的组织是否全部为李国平等: σ 相对 S32760 超级双相不锈钢组织和性能的影响 水腐蚀环境，目前国内外海水淡化，油气、烟气脱硫，采 矿，石化设备等领域对该钢种有急切的需求［1］． 双相不锈钢在敏化温度区间时效出现的 Cr2 N、 M23C6、χ、γ2、σ 等析出相［2--5］将显著降低双相不锈钢的 耐腐蚀性和力学性能［6］． 其中，σ 相由于析出温度范 围宽且析出速度快，对双相不锈钢的危害最大，因此掌 握 σ 相的析出规律是制定双相不锈钢轧制、热处理工 艺的关键依据［7］． 通常认为 σ 相是一种 Fe--Cr--Mo 的 金属间化合物，具有四方结构，析出温度范围为 600 ～ 1000 ℃［8］; 同时，成分中 Cr 和 Mo 的含量越高，σ 相析 出的敏感性越强，其稳定存在的上限温度越高． 2205 双相不锈钢一般在 1000 ℃以上就重新溶解［3］，而 2507 超级双相不锈钢经过 1000 ℃保温 30 min，水冷，还会析 出大量 σ 相［9--11］，在 1020 ℃固溶处理时金相组织中仍 有 3. 22% 的 σ 相，在 1040 ℃时可重新溶解［12］． S32760 钢不仅含有较高的 Cr 和 Mo，而且还加入 了 W． 由于 W 属于铁素体形成元素，理论上会提高 σ 相析出的敏感性，同时 σ 相的成分和析出温度范围将 有一定的变化，这对材料的热处理、焊接过程控制带来 更为不利的影响． 因此，研究 σ 相的析出规律及其对 微观组织、力学性能和耐蚀性能的影响，对开发该钢 种、制定 合 理 的 加 工 工 艺 和 热 处 理 制 度，具 有 重 要 意义． 1 实验材料及方法 1. 1 实验材料 实验材料为经 AOD 炉冶炼、连铸和热轧后获得的 S32760 双相不锈钢钢板． 连铸坯厚度 160 mm，热轧加 热温度 1240 ～ 1260 ℃，轧后板材厚度为 12 mm． 实验钢 的化学成分以及 ASTM A240/A240M 标准成分见表1． 表 1 实验钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the tested steel % 试样 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu W N Fe 实验钢 0. 014 0. 52 0. 77 0. 028 0. 0015 25. 11 6. 93 3. 51 0. 69 0. 65 0. 25 余量 标准 ≤0. 03 ≤1. 00 ≤1. 00 ≤0. 030 ≤0. 010 24. 0 ～26. 0 6. 0 ～8. 0 3. 0 ～4. 0 0. 5 ～1. 0 0. 5 ～1. 0 0. 20 ～0. 30 余量 1. 2 实验方法 S32760 双相不锈钢热轧板经连续退火炉 1100 ℃、 36 min 固溶处理后，在 SＲJX--8--13 型高温箱式电炉中 经 850、900、950、1000、1050 和 1080 ℃ 保温 1 h 时效析 出处理，然后立即水冷． 采用 Feritscope MP--30E 铁素 体仪对不同热处理后的试样进行铁素体相( α 相) 含 量测量． 对时效试样按照 ASTM A370 标准进行室温拉伸 试验，每组做 3 个试样取平均值． 利用布洛氏硬度计 测量各试样的硬度，每个硬度值取 3 次测试的平均值． 在不同温度下利用 ZBC--450B 型冲击试验机进行下冲 击韧性试验，每种状态做 6 个试样并取平均值，试样的 断口形貌分析在 Nova Nano SEM430 型场发射扫描电 镜上完成． 对不同时效试样进行显微组织观察，利用能谱仪 对析出相化学成分进行分析，利用 JEM 2100 型透射电 子显微镜对相结构进行分析． 金相显微组织侵蚀试剂 为 20 g KOH + 15 g K3 Fe( CN) 6 + 20 mL H2O 的混合溶 液，各相含量采用图像分析软件( 德国徕卡/DM4000) 测定，每个试样选取 10 个视场取平均值，视场大小为 250 μm × 250 μm． 按照 ASTM G48 方法 A 进行点蚀实验，实验温度 分别为 35 ℃和 50 ℃ ． 用 Model352 进行电化学测试， 按照 GB/T17899—1999 的规定，首先将试样线切割尺 寸为 3 mm × 20 mm × 30 mm，然后对所有表面先后用 200# 砂纸和 320# 砂纸研磨，最后在帆布上完成精磨，将 试样表面清洗后，用丙酮除油． 电化学测试采用三电 极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极 ( SCE) ，实验介质为 3. 5% NaCl 溶液，用分析纯 NaCl 试剂及去离子水配制，溶液未除氧． 动电位扫描法进 行稳态阳极极化曲线测试，测定点蚀击穿电位 Eb，扫 描速度为 20 mV·s － 1 ． 2 实验结果及分析 2. 1 组织转变规律 双相不锈钢中 α 和 γ 两相的质量分数比影响材 料的服役性能． 当 α∶ γ 接近1∶ 1且组织中不含有其他 析出相时，可以获得最佳的耐腐蚀性和力学性能，尤其 可获得优异的耐应力腐蚀和良好的塑韧性能，同时接 近 1∶ 1的相比例还可以改善焊接热影响区的组织和性 能［1］． 表 2 给出 S32760 实验钢在不同工艺阶段的 α 含量测量结果． 从表中可以看出，热轧后实验钢中 α 相的质量分数为 47. 58% ，经 1100 ℃ 固溶处理以及在 随后的 1050 ℃ 和 1080 ℃ 保温处理过程之后，钢中 α 相的质量分数均达到 50% 左右． 实验采 用 的 Ferit￾scopeMP--30E 铁素体仪是根据物质磁性测量结果来分 析钢中铁素体的含量． 由于目前已知的双相不锈钢中 主要析出物如 Cr2N、M23 C6、χ、σ 和 γ2相均无磁，因此 在 1050 ～ 1080 ℃即 α 相的质量分数为 50% 左右的试 样中，还无法判定剩余的 50% 左右的组织是否全部为 ·365·