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固溶温度对2205双相ManBetx组织和点蚀性能的影响

来源:至德钢业 日期:2020-09-24 09:40:04 人气:93

  浙江至德钢业有限公司对2205双相ManBetx进行了不同温度的固溶处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析了不同固溶状态下的组织演变规律,通过三氯化铁溶液浸泡法研究了固溶温度对2205双相ManBetx点蚀性能的影响。结果表明,950℃固溶处理后,组织中有σ相;经1000~1100℃固溶处理后,由奥氏体和铁素体两相组成。随固溶温度升高,铁素体含量逐渐增加,奥氏体晶粒度减小,孔蚀数量、孔蚀平均尺寸和腐蚀速率均呈下降趋势。经1100℃×20分钟水冷固溶处理后,奥氏体和铁素体含量约各占一半,组织均匀,表现出良好的耐点蚀性能。


 2205(00Cr22Ni5Mo3N)ManBetx属于第二代双相ManBetx,由于其综合了铁素体ManBetx奥氏体manbetx998管的优点,因此具有较高的强度、韧性及优良的焊接性能和耐腐蚀性能,已广泛应用于各工业领域,诸如纸浆和造纸、油气工业、化学加工工业、运输业、制药和食品工业以及建筑业等。在这些应用中,2205双相manbetx998被认为是具有成本效益的材料,填补了普通manbetx998(如316L)和高合金奥氏体manbetx998之间的空白。


 在化学成分固定的情况下,2205双相ManBetx的两相比例和组织形态取决于热处理工艺。不同热处理工艺会形成不同奥氏体和铁素体相比例及σ相析出,使其耐腐蚀性能受到极大影响。固溶处理温度可以控制铁素体和奥氏体两相比例及析出相的溶解,因此研究固溶处理温度对2205ManBetx组织及点腐蚀性能有着相当重要的意义。为此,至德钢业对2205双相ManBetx进行了不同温度的固溶处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析了不同固溶状态下的组织演变规律,通过三氯化铁溶液浸泡法研究了固溶温度对2205双相ManBetx点腐蚀性能的影响,确定了最佳固溶处理温度。


一、试验材料及方法


 试验用材料为5.0mm厚的2205ManBetx,其主要化学成分如表所示。沿2205双相ManBetx轧制方向取金相试样和点腐蚀试样,在箱式电阻炉中进行固溶处理,固溶处理温度分别为950、1000、1050和1100℃,保温时间设定为20分钟,冷却方式为水冷。将不同状态的2205ManBetx金相试样打磨、抛光、腐蚀后,在LEICADMI3000M金相显微镜上观察显微组织,并用显微镜自带的金相分析软件测量各相含量(面积分数)。利用扫描电镜的背散射电子原子序数成像技术,进行σ相的组织观察。


 化学浸泡点蚀试样经打磨、清洗、除污和除油后干燥,用精度为0.01g的天平秤初始质量,试样尺寸为50mm×25mm×4mm。化学浸泡点蚀试验按GB/T17879—1999《齿轮磨削后表面回火的浸蚀检验》中的“manbetx998三氯化铁点腐蚀试验方法”进行,试验介质为6%三氯化铁溶液,试验温度为50℃,浸泡24小时后清除腐蚀坑内的腐蚀产物,以清水冲洗试样,乙醇去水、烘干,测量腐蚀失重,计算点腐蚀速率。对表面宏观形貌的观察采用Canon-IXUS115HS型照相机和SZX16体式显微镜。


二、试验结果及分析


 1. 固溶温度对组织形貌和相含量的影响


  a. 对σ相的影响


  σ相富含钼元素,因此在背散射电子图像中σ相的亮度明显大于铁素体和奥氏体相,呈现白色。图为2205双相ManBetx试样经过950℃和1000℃固溶处理后的背散射电子图像。从图可以看出,经过950℃固溶处理后,组织由铁素体、奥氏体和σ相组成。相当量的σ相沿γ/α晶界及α/α晶界析出,这是由于晶界位置利于σ相非均匀形核。经过1000℃固溶处理后,组织中只有γ和α两相存在,奥氏体呈长条状或岛状与铁素体相间分布,在两相界面及铁素体内部没有发现σ相。


  b. 对组织的影响


  图为2205双相ManBetx在不同固溶温度下,保温20分钟,水淬处理后的三维立体显微组织。图为经过950℃固溶处理后的显微组织,为不规则的两相交织分布的带状组织,黑色基体为铁素体,白色纤维状奥氏体相分布在铁素体基体上。经过1000℃固溶处理后,组织中α、γ双相还是交织分布的带状组织;经过1050℃固溶处理后,奥氏体晶粒由长条状转变为竹节状。随着固溶处理温度的继续升高,竹节状的奥氏体晶粒发生再结晶,组织为比较规则的两相相间分布的均匀组织,如图所示。1100℃固溶处理后,奥氏体和铁素体组织发生了明显的长大,奥氏体的长宽比明显减小,铁素体含量明显升高。


 不同固溶温度下,2205ManBetx沿轧制方向奥氏体晶粒长度变化曲线如图所示。从图可以看出,随着固溶温度升高,奥氏体晶粒再结晶更完全,奥氏体晶粒长度不断减小,950℃固溶处理后,奥氏体晶粒平均长度为154.092μm; 1100℃固溶处理后,奥氏体晶粒平均长度缩短为16.936μm。奥氏体manbetx998在固溶处理过程中的形态变化分析如下:加热到固溶温度时,奥氏体与基体α-铁素体连接界面处表面张力的不平衡将促使奥氏体沿界面局部溶解,直到表面张力达到平衡,其溶坑的壁凸向α-铁素体。随着固溶温度升高,溶坑不断加深。因此,经950~1100℃固溶处理后,奥氏体晶粒由带状转变为竹节状,最终转变为局部的球状。


 表为不同固溶处理温度下2205ManBetx试样中对应的铁素体含量。从表可以看出,950℃固溶处理后,组织中存在σ相,含量约为5%。经过1000℃固溶处理后,铁素体含量明显增加;1100℃固溶处理后,铁素体含量最高为49.7%,奥氏体和铁素体两相比例约为1∶1,一般认为,这种比例的双相manbetx998具有优良的综合性能。在1000~1100℃固溶温度区间,α相含量增长趋势缓慢。根据68%Fe的Fe-Cr-Ni相图也可以得出这样的结论,如图所示。根据Fe-Cr-Ni相图可知,铁素体相与(铁素体+奥氏体)相的边界及(铁素体+奥氏体)相与奥氏体相的边界都呈弯曲状,在1000~1100℃固溶温度区间,曲线相对比较平直,由杠杆定律计算可知,α相含量增长趋势缓慢。


 2. 固溶温度对点腐蚀性能的影响


 图为经过不同温度固溶处理后试样的腐蚀速率曲线。从曲线上可以看出,经过950℃固溶处理后,2205ManBetx试样腐蚀速率较快,为24.49g·m-2·h-1。在1000~1100℃固溶温度区间,随着固溶温度升高,腐蚀速率依此减小,1100℃固溶处理后,腐蚀速率最低为2.47g·m-2·h-1。


 图为经过不同温度固溶处理后,2205双相ManBetx试样点蚀宏观形貌。从图6可以看出,经过950℃固溶处理后,试样表面点蚀坑较多,腐蚀以局部腐蚀为主,在试样表面不均匀分布。经过1000℃固溶处理后,点蚀坑数量明显减少,在试样边缘和机加工划痕处分布较多;经过1100℃固溶处理后,点蚀坑零星的分散在试样表面,表现出较好的耐点腐蚀性能。


 图为经过不同温度固溶处理后,2205双相ManBetx试样点蚀微观形貌图。从图7可以看出,950℃固溶处理后,2205manbetx998试样表面出现大小不一的点蚀坑,蚀坑数量较多,蚀坑尺寸大,说明其耐蚀性较差;在1000~1100℃固溶温度区间,随着固溶温度升高,蚀坑数量和尺寸逐渐减小,到1100℃固溶处理后,表面点蚀坑只有1个,尺寸较小。


 点蚀是双相manbetx998最有害的腐蚀形态之一,点蚀往往是应力腐蚀裂纹和腐蚀疲劳裂纹的起始部位。双相manbetx998的耐点蚀性能除了和化学成分有关外,跟两相比例、组织的均匀性和析出相也有很大的关系。从上面的试验结果可以看出,经过950℃固溶处理后,试样的耐点蚀性能最差,这与其组织中σ相存在有关。σ相中铬和钼含量高,铬和钼元素在σ相中富集必然形成周围贫铬和钼的区域,使这些区域成为点蚀敏感点,从而使钢的耐点蚀性能下降。经过1000~1100℃固溶处理后,2205双相ManBetx组织中σ相消除,耐点腐蚀性能大幅度提高,从孔蚀数量、孔蚀平均尺寸和腐蚀速率的试验结果中都能得出这样的结论。


 在1000~1100℃固溶温度区间,随固溶温度升高,钢的耐点腐蚀性能提高,主要从两相比例、组织的均匀性两个方面来分析原因。由文献可知,双相ManBetx点蚀时,首先是铁素体发生腐蚀产生小的蚀孔,蚀孔逐渐发展包围奥氏体,导致奥氏体脱落产生蚀坑。按照此理论,奥氏体越少其耐蚀性越差。但是,根据前面的试验结果,在1000~1100℃固溶温度区间,奥氏体含量在50.3%~53.9%之间变化不大,因此奥氏体含量高低并不是影响点腐蚀速率的主导因素。在1100℃固溶处理后,α和γ两相含量比较接近,由于两相电位差很小,电偶腐蚀效应不明显,决定了两种组织状态都具有很好的耐点蚀性能。此外,固溶温度升高,铬和钼元素的分配系数逐渐提高,对提高耐点腐蚀性能也是有益的。因此,经1100℃×20分钟水冷固溶处理后,奥氏体和铁素体含量约各占一半,组织均匀,表现出良好的耐点蚀性能。


三、结论


 1. 经过950℃固溶处理后,2205双相ManBetx组织由铁素体、奥氏体和σ相组成。经过1000℃固溶处理后,组织中只有γ和α两相存在,在两相界面及铁素体内部没有发现σ相。


 2. 随着固溶温度升高,轧制态奥氏体晶粒度不断减小。950℃固溶处理后,奥氏体晶粒平均长度为154.092μm,1100℃固溶处理后,奥氏体晶粒平均长度缩短为16.936μm。


 3. 2205双相ManBetx经950~1100℃固溶处理后,孔蚀数量、孔蚀平均尺寸和腐蚀速率随固溶温度均呈下降趋势。经1100℃×20分钟水冷固溶处理后,奥氏体和铁素体含量约各占一半,组织均匀,表现出良好的耐点蚀性能。



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