退火溫度對雙相不銹鋼S32101的組織與性能的影響

張 木

（陜西工業職業技術學院，陜西咸陽712000）

雙相不銹鋼由于其低鎳含量、良好的機械性能及優異的耐腐蝕性能，可以取代現有的奧氏體不銹鋼[1]。從2000年以來，盡管傳統的雙相不銹鋼含鎳量在3%～8%，但很多研究者仍然致力于低鎳的優質雙相不銹鋼的研發[2-4]。目前國內對于S32101材料的應用較少，雙相不銹鋼S32101比傳統的304L不銹鋼屈服強度高、耐腐蝕性好，而且制造成本相對較低，應用前景比較廣闊[5-6]。本文通過研究退火溫度對雙相不銹鋼S321010組織和性能的影響，為后續該材料的熱處理研究提供依據。

1 試驗材料與方法

試驗材料選用300 mm×100 mm×25 mm的雙相不銹鋼S32101板材，化學成分如表1所示。

表1 S32101的化學成分 %

熱處理采用表2的雙相不銹鋼退火處理方案，經無損探傷檢驗無裂紋等缺陷后，沿其一個方向截取金相及拉伸式樣；式樣拉伸性能和組織檢驗，執行GB/T 228-2010《金屬材料拉伸：室溫試驗方法》和GB/T 13299《鋼的顯微組織評定方法》標準，金相式樣經打磨拋光腐蝕后進行金相顯微觀察，利用SEM觀察組織，通過EDS對金相鐵素體和奧氏體中的元素含量進行分析。

表2 雙相不銹鋼退火處理方案

2 試驗結果及討論

2.1 組織性能分析

如圖1所示為式樣退火20分鐘的微觀組織圖，處理時間分別為1 000、1 050、1 110、1 200℃。從圖1中可以看出退火后的雙相不銹鋼為典型的鐵素體和奧氏體組織的雙相結構，奧氏體相在鐵素體基體中呈島狀分布，沿軋制方向呈帶狀形態，在退火后的式樣中沒有發現明顯的析出物。從圖1中可以看出奧氏體體積分數隨退火溫度的增加而減小，并且通過定量金相法計算出了各個退火溫度下的奧氏體體積分數，如圖2所示。這必然會反應在S32101雙相不銹鋼性能上的一些變化[7]。

圖1 式樣退火20分鐘微觀組織圖

圖2 奧氏體相體積比隨退火溫度變化曲線圖

如表2所示為使用EDS測得的各個溫度下奧氏體和鐵素體中合金平均含量。假設N元素在鐵素體相中已經達到飽和狀態（約0.05%），通過整個合金的含N量和相的體積分數可以計算出剩余的奧氏體相含N量。這也表明鉻和鉬優先進入為鐵素體相中，鎳、錳、氮優先進入奧氏體相中，這也與現有文獻結論一致。

表2 各個退火溫度下奧氏體和鐵素體中元素平均含量%

2.2 拉伸力學性能分析

如圖3所示為抗拉強度隨退火溫度的變化曲線圖。從圖3中可以看出，退火溫度從1 000℃升到1 200℃時，抗拉強度隨著退火溫度的升高一直在下降。退火溫度在1 000℃時，抗拉強度為937 MPa，當溫度升為1 200℃時，抗拉強度降為762 MPa，下降率為22.97%，這與奧氏體相分數降低存在很大的關聯[7-8]。

圖3 抗拉強度隨退火溫度的變化曲線圖

雖然抗拉強度隨溫度的上升一直在下降，但是雙相不銹鋼S32101的延伸率在呈上升變化的趨勢，從1 000℃的45.8%一直上升到1 150℃的64.5%；當過了1 150℃達到1 200℃時，延伸率又呈下降趨勢為57.6%，所以退火溫度在1 150℃時，延伸率達到最佳狀態為64.5%（見圖4）。

圖4 延伸率隨退火溫度的變化曲線圖

3 結論

（1）試驗證明，退火后的雙相不銹鋼為典型的鐵素體和奧氏體組織的雙相結構，奧氏體體積分數隨退火溫度的增加而減小。

（2）退火溫度從1 000℃升到1 200℃時，抗拉強度隨著退火溫度的升高而下降，下降率為22.97%。

（3）雙相不銹鋼S32101的延伸率在呈上升變化的趨勢，退火溫度在1 150℃時，延伸率達到最佳狀態為64.5%。