CN105177255A - 一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，属于材料热处理技术领域。步骤如下：(1)将铁素体-奥氏体双相不锈钢加热至铁素体单相区温度后保温，得到完全铁素体化的不锈钢；(2)将完全铁素体化的不锈钢快速冷却至双相区温度后保温；(3)将双相区保温结束后的材料快速冷却至室温。采取本发明铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，不仅能够显著地改善铁素体-奥氏体双相不锈钢的显微组织，可以有效地获得在铁素体基体中均匀分布的等轴奥氏体，还能够避免双相不锈钢中常见有害相的析出。

Description

一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法
技术领域
本发明属于材料热处理技术领域，特别涉及一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法。
背景技术
双相不锈钢是一类镍资源节约型不锈钢，显微组织中铁素体与奥氏体的体积比接近1∶1，既具有铁素体不锈钢的高强度、耐氯化物应力腐蚀性能，同时具有奥氏体不锈钢的优良韧性和焊接性，因而被广泛地应用于船舶、化学品运输以及石油管道运输领域。
双相不锈钢的显微组织对其性能有着决定性的影响。不适当的热处理和热加工工艺会导致双相不锈钢的力学性能和耐蚀性能产生严重的恶化。例如，固溶处理温度过高会导致双相不锈钢中铁素体含量过高并会伴随严重的晶粒长大现象；在650～900℃停留时间过长会导致金属间相σ相的析出等；双相不锈钢经过焊接加工后，热影响区铁素体含量过高，晶粒尺寸大，奥氏体含量低，并主要以魏氏奥氏体形式存在，致使热影响区成为焊接接头性能最薄弱的区域。因此，在实际生产实践中，关于双相不锈钢的显微组织的控制与改善一直是一项意义重大的工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可以显著改善铁素体-奥氏体双相不锈钢显微组织的热处理工艺方法。采用本发明的热处理工艺改善了双相不锈钢的显微组织，在控制两相比例保持近似1∶1的情况下，最终获得一种等轴奥氏体均匀弥散分布在铁素体基体中的显微组织。
本发明的铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，按照以下步骤进行：
步骤1：将铁素体-奥氏体双相不锈钢加热至铁素体单相区温度(称为峰值温度)，保温5～120min，使铁素体-奥氏体双相不锈钢原始显微组织中的奥氏体相完全溶解，得到单相铁素体组织，再保温5～30min，使单相铁素体组织的晶粒增大，得到完全铁素体化的不锈钢；
步骤2：采用快速冷却的技术，以大于等于100℃/s的冷却速率，将完全铁素体化的不锈钢快速冷却至双相区温度，保温5～60min，使奥氏体相在铁素体基体中均匀析出；
步骤3：采用快速冷却的技术，以大于等于100℃/s的冷却速率，将双相区保温结束后的材料快速冷却至室温。
其中，在步骤1中，将铁素体-奥氏体双相不锈钢加热至铁素体单相区温度1300～1400℃时，铁素体-奥氏体双相不锈钢原始显微组织中的奥氏体相向单相铁素体转化效果最佳；在步骤2中，快速冷却至双相区温度950～1100℃时，奥氏体相在铁素体基体中析出效果最佳。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)通过将铁素体-奥氏体双相不锈钢加热至单相区并保温以实现完全铁素体化，是本发明获得等轴奥氏体在铁素体基体中均匀分布的基础。在实现完全铁素体化的过程中，原始的奥氏体相会溶解，铁素体-奥氏体相界面消失，而铁素体晶粒尺寸会相应的发生长大(铁素体晶界面积减小)，总的作用是材料的显微组织中界面面积大大减少；此外，合金元素在该过程中会充分扩散，均匀的分布在单相铁素体中。界面面积的减小以及合金元素的均匀分布，为后续奥氏体相重新在铁素体基体中均匀地析出提供了基础。
(2)以大于100℃/s的冷却速率将不锈钢试样样从铁素体单相区快速冷却至双相区，为奥氏体相的均匀析出提供了很大的形核驱动力。当材料的温度从峰值温度快速降低至双相区后，在峰值温度下形成的铁素体相会失去原有的稳定性，加上合金元素在铁素体中的过饱和，会导致发生铁素体向奥氏体的相变。由于采用了超快的冷却速率，能够为相变提供很大的过冷度，可以大大提高奥氏体在铁素体基体中均匀形核的形核率。
(3)本发明的热处理工艺方法中采用了将材料在双相区进行保温处理，并且最终以超快冷速将材料冷却至室温的工艺，不仅可以有效地获得在铁素体基体中均匀分布的等轴奥氏体，还能够避免双相不锈钢中常见有害相的析出，例如σ相等。
附图说明
图1为本发明实施例使用的s32205双相不锈钢的原始显微组织。
图2为采用本发明实施例1热处理后的s32205双相不锈钢的显微组织。
图3为采用本发明实施例2热处理后的s32205双相不锈钢的显微组织。
图4为采用本发明实施例3热处理后的s32205双相不锈钢的显微组织。
具体实施方式
本发明实施例中选用的材料是铁素体-奥氏体双相不锈钢中一个典型的牌号s32205双相不锈钢，化学成分(mass/％)为：Cr：22.5～23.0，Ni：5.0～6.0，Mo：2.0～3.0，Mn：1.0～1.5，C：0.02～0.03，Si：0.3～0.5，P：0.02～0.03，S：0.001～0.003，余量为Fe。
所使用的热处理设备为L78RITA全自动相变仪。为避免试样发生氧化，整个处理过程中试样都处于N2保护氛围中。
以下实施例1～3均在进行热处理工艺前，经过试样的前处理：采用电火花线切割技术从热轧态的s32205双相不锈钢取下Ф3×10mm的圆柱状试样，用砂纸将试样表面打磨光亮，再依次用丙酮、酒精清洗吹干，得到s32205双相不锈钢试样。
实施例1
一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，按照以下步骤进行：
步骤1：以100℃/s的加热速率，将s32205双相不锈钢试样加热至1350℃，保温15min，使s32205双相不锈钢试样原始显微组织中的奥氏体相完全溶解，得到单相铁素体组织，再保温5min，使单相铁素体组织的晶粒增大，得到完全铁素体化的不锈钢；
步骤2：采用快速冷却的技术，以200℃/s的冷却速率，将完全铁素体化的不锈钢快速冷却至950℃，保温15min，使奥氏体相在铁素体基体中均匀析出；
步骤3：采用快速冷却的技术，以200℃/s的冷却速率，将双相区保温结束后的材料快速冷却至室温。
本实施例使用的s32205双相不锈钢的初始显微组织如图1所示，s32205双相不锈钢的显微组织主要由带状组织组成，晶粒尺寸为20～30μm；经过热处理后，最终得到的s32205双相不锈钢的显微组织如图2所示，从图中可以看到，s32205双相不锈钢的原始显微组织中的带状组织被消除，取而代之的是晶粒尺寸大小接近的等轴状奥氏体均匀的分布在铁素体基体中的组织，晶粒尺寸为2～5μm。
实施例2
一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，按照以下步骤进行：
步骤1：以100℃/s的加热速率，将s32205双相不锈钢试样加热至1400℃，保温10min，使s32205双相不锈钢试样原始显微组织中的奥氏体相完全溶解，得到单相铁素体组织，再保温5min，使单相铁素体组织的晶粒增大，得到完全铁素体化的不锈钢；
步骤2：采用快速冷却的技术，以150℃/s的冷却速率，将完全铁素体化的不锈钢快速冷却至1100℃，保温10min，使奥氏体相在铁素体基体中均匀析出；
步骤3：采用快速冷却的技术，以150℃/s的冷却速率，将双相区保温结束后的材料快速冷却至室温。
本实施例使用的s32205双相不锈钢的初始显微组织如图1所示，s32205双相不锈钢的显微组织主要由带状组织组成，晶粒尺寸为20～30μm；经过热处理后，最终得到的s32205双相不锈钢的显微组织如图3所示，从图中可以看到，s32205双相不锈钢的原始显微组织中的带状组织被消除，取而代之的是晶粒尺寸大小接近的等轴状奥氏体均匀的分布在铁素体基体中的组织，晶粒尺寸为2～5μm。
实施例3
一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，按照以下步骤进行：
步骤1：以100℃/s的加热速率，将s32205双相不锈钢试样加热至1350℃，保温15min，使s32205双相不锈钢试样原始显微组织中的奥氏体相完全溶解，得到单相铁素体组织，再保温5min，使单相铁素体组织的晶粒增大，得到完全铁素体化的不锈钢；
步骤2：采用快速冷却的技术，以250℃/s的冷却速率，将完全铁素体化的不锈钢快速冷却至1000℃，保温10min，使奥氏体相在铁素体基体中均匀析出；
步骤3：采用快速冷却的技术，以250℃/s的冷却速率，将双相区保温结束后的材料快速冷却至室温。
本实施例使用的s32205双相不锈钢的初始显微组织如图1所示，s32205双相不锈钢的显微组织主要由带状组织组成，晶粒尺寸为20～30μm；经过热处理后，最终得到的s32205双相不锈钢的显微组织如图4所示，从图中可以看到，s32205双相不锈钢的原始显微组织中的带状组织被消除，取而代之的是晶粒尺寸大小接近的等轴状奥氏体均匀的分布在铁素体基体中的组织，晶粒尺寸为2～5μm。

Claims (3)

1.一种铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤1：将铁素体-奥氏体双相不锈钢加热至铁素体单相区温度，保温5～120min，使铁素体-奥氏体双相不锈钢原始显微组织中的奥氏体相完全溶解，得到单相铁素体组织，再保温5～30min，使单相铁素体组织的晶粒增大，得到完全铁素体化的不锈钢；
步骤2：采用快速冷却的技术，以大于等于100℃/s的冷却速率，将完全铁素体化的不锈钢快速冷却至双相区温度，保温5～60min，使奥氏体相在铁素体基体中均匀析出；
步骤3：采用快速冷却的技术，以大于等于100℃/s的冷却速率，将双相区保温结束后的材料快速冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，其特征在于，所述的步骤1中，将铁素体-奥氏体双相不锈钢加热至铁素体单相区温度1300～1400℃。
3.根据权利要求1所述的铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，其特征在于，所述的步骤2中，快速冷却至双相区温度950～1100℃。
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