·1756 工程科学学报，第38卷，第12期 性能、低温使用性能及耐腐蚀性，特别是耐局部腐蚀性 过计算Fe-T奥氏体合金中氮化物的固溶度公式，了 能，如耐点蚀、耐缝隙腐蚀等.实际生产过程双相 解合金元素析出温度范围，为提高材料高温强度提供 不锈钢中常常加入大量N的同时，降低了镍含量，大 了理论基础. 大地节约成本，从而在许多工业及工程领域的应用开 本文根据相关的热力学数据，推导出C:,N在铁基 拓了良好的前景6 体中的平衡固溶度公式，计算给定成分的不锈钢中Cr2 2101双相不锈钢是运用最广泛的经济型双相不 N完全溶解到基体中的全固溶温度，这对研究高氮双 锈钢，但由于双相不锈钢自身热塑性较差，同时N含 相不锈钢中氮化物的析出对热塑性影响具有重要意义， 量的增加进一步加剧热变形开裂，导致其在性能上取 1 实验材料及方法 代304奥氏体不锈钢受到很大程度上的限制.目前对 2101双相不锈钢热塑性的研究主要集中在通过变形 实验用A0D炉治炼而成的连铸坯2101和2205 温度和应变速率对热塑性影响规律进行改善0.10-0 双相不锈钢，其化学成分如表1所示.从表中可以看 高氮不锈钢还面临的一个重要问题就是相界易产 出，和2205双相不锈钢相比，2101钢中Mn和N含量 生大量氮化物，而氮化物的形成破坏基体的连续性，加 较高，而Ni和Mo含量很小，这极大地抑制了富含Mo 剧热变形过程中的开裂.热变形过程中，为了深入研 的金属间化合物σ的析出，而Cr,N成为主要析出物. 究氮在钢中的控制原理，特别是氮与铬合成Cr,N的热 固溶前的铸态微观组织如图1所示.2101钢相界存在 力学条件，从而更加准确控制Cr,N的形成及其分布， 1μm左右尺寸较大的颗粒状析出物且析出物沿着相 就必须了解氮化物在钢中的溶解和析出行为.但关于 界处呈现连续、网状分布.部分区域的析出物呈现锯 热变形过程中相界析出物的析出温度计算和其对开裂 齿状向晶内生长，使得相界发生严重粗化.同时经侵 的影响的具体规律研究较少.向嵩等网计算了低碳 蚀后相界处的大部分析出物完全剥落，成为后续变形 钢的碳氮析出物的固溶度积，在热力学角度上深层次 的裂纹源，在随后变形中易于扩展合并成宏观裂纹. 地理论分析析出物的温度范围，对细晶强化和析出强 而铸态2205钢中则晶界析出物很少，且尺寸很小，相 化工艺制定有很大的指导意义.Wada和Pehlke通 界处呈现点状分布. 表1实验钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the tested steels % 实验钢 C Cr Ni Mn Mo N 0 Si LDX2101 0.033 22.0 1.28 4.52 0.13 0.222 0.009 0.0027 0.0019 0.50 DSS2205 0.055 22.8 5.78 1.04 3.29 0.155 0.020 0.004 0.0028 0.55 a 504m 50 um 图12101(a)和2205(b)双相不锈钢铸态组织形貌 Fig.1 Morphologies of as-casted LDX2101 (a)and DSS2205 (b) 对铸坯截取小试样，直径为10mm,高度为l5mm, 程中对轧板进行保温轧制，得到终轧温度为980℃和 在Gleeble--1500热力学模拟试验机上进行950、1000 1050℃两种钢板，轧后立即淬火至室温. 和1050℃三个温度下保温30min固溶淬火实验，以观 不同固溶温度的试样经过机械预磨和抛光后进行 察实验钢中相界处的析出物的溶解情况.同时切取80 电解侵蚀，电解液为10%草酸(C,H,0,)溶液，电压为 mm×40mm×20mm试样在350二辊板带实验轧机上 7V,时间25s.侵蚀后通过金相显微镜观察明场状态 进行热轧实验.铸坯在1200℃保温30min后经过4道 下的显微组织.采用Leica DM25O0型光学显微镜 次轧制成5mm后的钢板.为了控制终轧温度，轧制过 (OM)观察实验钢相界处的析出物析出情况：采用铁工程科学学报，第 38 卷，第 12 期 性能、低温使用性能及耐腐蚀性，特别是耐局部腐蚀性 能，如耐点蚀、耐缝隙腐蚀等［1--5］． 实际生产过程双相 不锈钢中常常加入大量 N 的同时，降低了镍含量，大 大地节约成本，从而在许多工业及工程领域的应用开 拓了良好的前景［6--9］． 2101 双相不锈钢是运用最广泛的经济型双相不 锈钢，但由于双相不锈钢自身热塑性较差，同时 N 含 量的增加进一步加剧热变形开裂，导致其在性能上取 代 304 奥氏体不锈钢受到很大程度上的限制． 目前对 2101 双相不锈钢热塑性的研究主要集中在通过变形 温度和应变速率对热塑性影响规律进行改善［7，10--11］． 高氮不锈钢还面临的一个重要问题就是相界易产 生大量氮化物，而氮化物的形成破坏基体的连续性，加 剧热变形过程中的开裂． 热变形过程中，为了深入研 究氮在钢中的控制原理，特别是氮与铬合成 Cr2N 的热 力学条件，从而更加准确控制 Cr2N 的形成及其分布， 就必须了解氮化物在钢中的溶解和析出行为． 但关于 热变形过程中相界析出物的析出温度计算和其对开裂 的影响的具体规律研究较少． 向嵩等［12］计算了低碳 钢的碳氮析出物的固溶度积，在热力学角度上深层次 地理论分析析出物的温度范围，对细晶强化和析出强 化工艺制定有很大的指导意义． Wada 和 Pehlke ［13］通 过计算 Fe--Ti 奥氏体合金中氮化物的固溶度公式，了 解合金元素析出温度范围，为提高材料高温强度提供 了理论基础． 本文根据相关的热力学数据，推导出 Cr2N 在铁基 体中的平衡固溶度公式，计算给定成分的不锈钢中 Cr2 N 完全溶解到基体中的全固溶温度，这对研究高氮双 相不锈钢中氮化物的析出对热塑性影响具有重要意义． 1 实验材料及方法 实验用 AOD 炉冶炼而成的连铸坯 2101 和 2205 双相不锈钢，其化学成分如表 1 所示． 从表中可以看 出，和 2205 双相不锈钢相比，2101 钢中 Mn 和 N 含量 较高，而 Ni 和 Mo 含量很小，这极大地抑制了富含 Mo 的金属间化合物 σ 的析出，而 Cr2N 成为主要析出物． 固溶前的铸态微观组织如图 1 所示． 2101 钢相界存在 1 μm 左右尺寸较大的颗粒状析出物且析出物沿着相 界处呈现连续、网状分布． 部分区域的析出物呈现锯 齿状向晶内生长，使得相界发生严重粗化． 同时经侵 蚀后相界处的大部分析出物完全剥落，成为后续变形 的裂纹源，在随后变形中易于扩展合并成宏观裂纹． 而铸态 2205 钢中则晶界析出物很少，且尺寸很小，相 界处呈现点状分布． 表 1 实验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the tested steels % 实验钢 C Cr Ni Mn Mo N P S O Si LDX2101 0. 033 22. 0 1. 28 4. 52 0. 13 0. 222 0. 009 0. 0027 0. 0019 0. 50 DSS2205 0. 055 22. 8 5. 78 1. 04 3. 29 0. 155 0. 020 0. 004 0. 0028 0. 55 图 1 2101( a) 和 2205( b) 双相不锈钢铸态组织形貌 Fig． 1 Morphologies of as-casted LDX2101 ( a) and DSS2205 ( b) 对铸坯截取小试样，直径为 10 mm，高度为 15 mm， 在 Gleeble--1500 热力学模拟试验机上进行 950、1000 和 1050 ℃三个温度下保温 30 min 固溶淬火实验，以观 察实验钢中相界处的析出物的溶解情况． 同时切取 80 mm × 40 mm × 20 mm 试样在 350 二辊板带实验轧机上 进行热轧实验． 铸坯在 1200 ℃保温 30 min 后经过 4 道 次轧制成 5 mm 后的钢板． 为了控制终轧温度，轧制过 程中对轧板进行保温轧制，得到终轧温度为 980 ℃ 和 1050 ℃两种钢板，轧后立即淬火至室温． 不同固溶温度的试样经过机械预磨和抛光后进行 电解侵蚀，电解液为 10% 草酸( C2 H2O4 ) 溶液，电压为 7 V，时间 25 s． 侵蚀后通过金相显微镜观察明场状态 下的显 微 组 织． 采 用 Leica DM2500 型 光 学 显 微 镜 ( OM) 观察实验钢相界处的析出物析出情况; 采用铁 ·1756·