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双相不锈钢工艺提升
2016-03-23

双相不锈钢工艺提升

1 合金元素和冷却速度

实验和理论计算表明:临界区加热后获得双相组织所需的临界冷却速率与钢中锰含量具有一定关系。其根钢中存在的合金元素,就可估算获得双相组织所需要的临界冷却速率,为热处理双相钢生产时,选择适当的冷却方法提供依据。

当钢的化学成分一定时,应在保证获得双相组织的前提下,尽可能采用较低的冷却速度,使铁素体中的碳有充分的时间扩散到奥氏体中,从而降低双相钢的屈服强度,提高双相钢的延性。如果钢中合金元素含量较4,临界冷却速度过高,冷却后铁素体中含有较高的固溶碳,不利于获得优良性能的双相钢,这时应改变钢的化学成分,增加钢中的合金元素含量,从而降低临界冷却速度,或者在双相钢的生产工艺中,加入补充回火工序,降低铁素体中的固溶碳,改善双相钢的性能。如果钢中含有强的碳化物形成元素,当估算临界冷却速率时,应考虑到这些元素对临界区加热时所形的奥氏体淬透性和有利影响,VTi的碳化物粒子可以通过相界面的钉扎作用提高奥氏体的淬透性,降低临界冷却速度.[2]

2.两阶段冷却工艺

当钢中合金元素含量较低时,冷却速度较慢会得到铁素体加珠光体组织;冷却速度较快时,则铁素体中保留固溶碳较高,不利于降低屈服强度和提高延性。采用两阶段冷却可以改善双相钢的性能,即从临界区加热温度缓冷到某一温度,然后快冷。缓冷可以使铁素体中的碳向未转变的奥氏体富聚。而快冷则可以避免未转变的奥氏体等温分解,保证获得所需的双相组织和性能。例如0.08%C-1.4%Mn钢,从800;加热到水冷的力学性能为:σ0.2=365PMa,σb=700MPa,σ0.2/σb=0.52eu=18%et=21%。如采用两阶段冷却工艺,即在800;加热后,空冷到600;,然后水冷,其性能为:σ0.2=280MPa,σb=600MPa,σ0.2/σb=0.47eu=21%et=29%。两阶段冷却使双相钢的屈服强度降低,延性提高。

3.双相钢板热轧后盘卷温度的影响

对于一个给定成分的钢,临界区加热时奥氏体的淬透性可以通过钢板热轧后高温卷来修正。高温盘卷可使碳、锰等合金元素在第二组(珠光体或贝氏体)中明显富集。有利提高随后临界区处理时双相钢的综合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N钢的试验结果为例,采用两种工艺过程:一种为普通扎制工艺,终轧温度900;→油冷到600;盘卷→吹风冷到室温→冷轧70%→连续退火。两种盘卷工艺的碳和锰分布的分析结果可见高温盘卷可使碳和锰在第二相中明显富集,而普通的轧制工艺锰基本无富集趋势。

用高温盘卷以修正合金含量较低的钢在随后临界区处理时的淬透性,并降低热处理双相钢的屈服强度,提高其延性的技术,已在有关工厂用于热处理双相钢的生产,所得到的热处理双相钢板综合性能良好,板材各部位的性能均匀,纵向、横向性能一致。例如对0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al钢。

限制要求

1.需要对相比例进行控制,最合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半,其中某一相的数量最多不能超过65%,这样才能保证有最佳的综合性能。如果两相比例失调,例如铁素体相数量过多,很容易在焊接HAZ形成单相铁素体,在某些介质中对应力腐蚀破裂敏感。

2.需要掌握双相不锈钢的组织转变规律,熟悉每一个钢种的TTTCCT转变曲线,这是正确指导制定双相不锈钢热处理,热成型等工艺的关键,双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。

3.双相不锈钢的连续使用温度范围为-50250℃,下限取决于钢的脆性转变温度,上限受到475℃脆性的限制,上限温度不能超过300℃。

4.双相不锈钢固溶处理后需要快冷,缓慢冷却会引起脆性相的析出,从而导致钢的韧性,特别是耐局部腐蚀性能的下降。

5.高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度不能低于950℃,超级双相不锈钢不能低于980℃低铬钼双相不锈钢不能低于900℃,避免因脆性相的析出在加工过程造成表面裂纹

6.不能使用奥氏体不锈钢常用的650-800℃的消除应力处理,一般采用固溶退火处理。对于在低合金钢的表面堆焊双相不锈钢后,需要进行600-650℃整体消应处理时,必须考虑到因脆性相的析出所带来的韧性和耐腐蚀性,尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题,尽可能缩短在这一温度范围内的加热时间。低合金钢和双相不锈钢复合板的热处理问题也要同此考虑。

7.需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律,不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接,双相不锈钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系,一些设备的失效往往与焊接有关。关键在于线能量和层间温度的控制,正确选择焊接材料也很重要。焊接接头(焊缝金属和焊接HAZ)的两相比例,尤其是焊接HAZ维持必要的奥氏体数量,这对保证焊接接头具有与母材同等的性能很重要。

8.在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时,要注意钢的耐腐蚀性总是相对的,尽管双相不锈钢有较好的耐局部腐蚀性能,就某一个双相不锈钢而言,他也是有一个适用的介质条件范围,包括温度、压力、介质浓度、pH值等,需要慎重加以选择。从文献和手册中获取的数据很多是实验室的腐蚀试验结果,往往与工程的实际条件有差距,因此在选材时需要注意,必要时需要进行在实际介质中的腐蚀试验或是现场条件下的挂片试验,甚至模拟装置的试验。

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