热处理对25Cr-7Ni-4Mo-N钢力学性能及显微组织的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沈阳鼓风机集团股份有限公司 作者:陈炜

  研究了固溶温度对25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢组织及力学性能的影响。结果表明,该钢固溶处理温度过低,将有σ 相析出,影响其冲击韧度; 固溶处理温度过高,组织再结晶长大,造成强度下降。25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢的固溶处理温度应高于1025 ℃,其最佳的固溶温度为1025 ~1100 ℃。

  25Cr-7Ni-4Mo-N(又称2507) 属于超级双相不锈钢,由于其超低碳和高铬、高钼、高氮的成分设计,因此具有很高的腐蚀性能,它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢,可取代高合金奥氏体不锈钢乃至耐蚀合金,用于在苛刻的介质尤其是含氯环境中服役的零件,已在石油、化工、化肥、核能等工业部门得到广泛应用。

  本文以25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢为对象,研究固溶处理温度对其显微观组织和力学性能的影响。

1、试验材料和方法

  试验使用的25Cr-7Ni-4Mo-N 钢经锻造成型,其化学成分见表1。先将锻造成型的25Cr-7Ni-4Mo-N钢加工成8 件30 mm × 30 mm × 300 mm 的试块,分别在进行950 ℃,1000 ℃,1025 ℃,1050 ℃,1070 ℃, 1100 ℃, 1125 ℃和1150 ℃保温1.5 h、水冷的固溶处理,加热设备为sRJx_4. 13 型箱式电阻炉。然后将试块加工成标距为30 mm、平行部分直径6 mm 的拉伸试样,并在DCS-10 t 万能试验机上

  按照GB/T 228.1-2010 金属材料室温拉伸试验方法进行拉伸试验; 冲击试样采用V 型缺口试样,在JB-30B冲击试验机上按照GB/T 229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法进行测试。另外在OlympusGX51 光学显微镜(OM) 上进行显微组织分析。

表1 25Cr-7Ni-4Mo-N 钢的化学成分(质量分数,%)

25Cr-7Ni-4Mo-N 钢的化学成分

2、试验结果与分析

2. 1、固溶处理对25Cr-7Ni-4Mo-N 钢显微组织的影响

  25Cr-7Ni-4Mo-N钢不同温度固溶处理后的显微组织见图1。如图1 所示,25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢固溶处理温度较低时,组织由多相组成。随着固溶处理温度的提高,组织逐渐转变成两相组织。由图1(a) 可以看出,经950 ℃固溶处理后,为多相组织,钢中析出大量脆性相σ相。随着固溶处理温度的提高,脆性相σ 相逐渐溶解,在1025 ℃ 时消失,如图1(b) 所示。

不同温度固溶处理后25Cr-7Ni-4Mo-N 钢的显微组织

图1 不同温度固溶处理后25Cr-7Ni-4Mo-N 钢的显微组织

  当固溶处理温度较低时,显微组织中α、γ 两相呈纤维状。随着固溶处理温度的升高,晶粒发生再结晶长大,两相由纤维状向等轴状过渡。由图1(c)可以看出,组织为(α + γ) 的两相组织,具有比较规则的条状组织特征; 图1(d) 显微组织也为(α + γ)的两相组织,具有规则的块状组织特征。图1(a) ~(d) 表明,随着固溶温度的升高,铁素体逐渐增多,奥氏体逐渐减少。这是由于α、γ 两相的体积分数随固溶温度T 的变化呈良好的直线关系,两相含量可表示为公式(1) 和(2) 。

α% = 33.2 + 0.146(T - 900) ( 1)

γ% = 59.2 - 0.120(T - 900) ( 2)

2. 2、固溶处理对25Cr-7Ni-4Mo-N 钢力学性能的影响

  固溶处理温度对25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢力学性能的影响见图2。其中经1025 ℃和1050 ℃固溶处理的钢的冲击吸收能量分别大于297 J 和298 J。因为其冲击吸收能量大于冲击设备的最大量程,故无法显示结果,只能显示其最小值,故在图2中没有显示这两个固溶处理温度对应的冲击吸收能量。固溶处理温度对25Cr-7Ni-4Mo-N 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α、γ 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α、γ 两相的转变即铁素体增多,奥氏体减少。

  如图2 所示,固溶温度低于1050 ℃时,强度随着固溶温度的提高而降低。这是由于组织的再结晶起主导作用,因而钢的强度逐渐下降,但其冲击韧度明显增加; 当固溶温度高于1050 ℃时,强度随着固溶温度的升高而增加,两相组织的转变起主导作用,因而钢的强度逐渐增加,冲击韧度呈下降趋势。原因有两个方面:(1) 由于温度超过了σ 相稳定的最高温度,α 相可溶于奥氏体中或转变为铁素体;(2) 两相组织变化,铁素体相比例增大,从而减少有关α 相形成元素,抑制了σ 相的形成。当固溶温度高于1100 ℃时,其强度开始下降,但冲击韧度变化不明显。当固溶温度达到1150 ℃时,其抗拉强度已经低于800 MPa。这主要是由于固溶温度过高,造成组织发生明显的再结晶长大,因此其抗拉强度降低。由图2 可以看出,该钢的固溶处理温度应该严格控制在1025 ~ 1100 ℃,以使其获得良好的综合力学性能。

不同温度固溶处理后25Cr-7Ni-4Mo-N 钢的力学性能

图2 不同温度固溶处理后25Cr-7Ni-4Mo-N 钢的力学性能

3、结论

  (1) 当固溶温度低于1025 ℃时, 25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢的组织为多相组织,钢中会析出大量的脆性相σ 相; 当固溶温度大于1025 ℃时,组织为双相,无析出相。

  (2) 当固溶温度低于1050 ℃ 时,钢的强度随着温度的提高而降低; 当固溶温度高于1050 ℃时,强度、硬度随着温度的升高而增加,冲击韧度下降; 当固溶温度高于1100 ℃时,强度硬度随着温度的升高而降低,冲击韧度变化不明显。

  (3) 25Cr-7Ni-4Mo-N 双相不锈钢的固溶温度应控制在1025 ~ 1100 ℃。

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