熱處理工藝對ZG06Cr25Ni7Mo2N材料組織和性能的影響

楊愛寧，馮周榮

（共享鑄鋼有限公司，寧夏 銀川 750021）

0 引言

隨著現代工業技術的發展，傳統的奧氏體不銹鋼暴露出它在晶間腐蝕、應力腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕方面的抗力不足，尤其是應力腐蝕引起的斷裂，其危害性極大。雙相不銹鋼是根據這些存在的現象而研制開發的[1]。雙相不銹鋼一般是指在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，其中最少相的含量至少要達到30%的鋼種[2]。

雙相不銹鋼ZG06Cr25Ni7Mo2N具有鐵素體（α）加奧氏體（γ）相的兩相組織結構，因而其性能兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點。與鐵素體不銹鋼相比，雙向不銹鋼的塑韌性高、脆韌轉變溫度低，焊接性能顯著提高，但仍保持了鐵素體不銹鋼的475℃脆性及導熱系數高等特點；與奧氏體不銹鋼相比，其強度較高，特別是屈服強度顯著提高，且耐晶間腐蝕、耐應力腐蝕、耐腐蝕疲勞等性能都有顯著的改善[3-4]。因此越來越受到人們的重視，在石油、天然氣、化肥、造紙及食品設備等行業有很大的應用前景。

1 試驗材料及方法

選用材料為ZG06Cr25Ni7Mo2N，其具有優異的抗應力腐蝕、點蝕和縫隙隧洞式腐蝕的能力,具體化學成分要求見表1，力學性能要求見表2。

表1 化學成分要求（質量分數，%）

表2 力學性能要求

2 試驗材料的熱處理工藝研究

根據材料ZG06Cr25Ni7Mo2N規定的化學成分和力學性能要求，主要研究不同的冷卻速度、固溶溫度材料的組織和力學性能要求。具體的熱處理工藝方案見表3：

表3 熱處理工藝方案

3 試驗結果及分析

不同熱處理工藝方案處理后性能檢測結果見表4。

表4 試驗結果

3.1 高溫冷卻速度對組織、性能的影響

將試樣在1100℃固溶溫度下保溫4h，然后分別進行水冷卻、鹽水冷卻和風冷，冷卻速度對強度、沖擊及金相組織中含量的影響如圖1-3所示。

由圖1、圖2可知，在固溶溫度1100℃、保溫時間一定的條件下，該材料經水冷、鹽水及風冷三種不同的冷卻處理后，強度和室溫沖擊均呈下降趨勢，且屈服強度和沖擊降低明顯，鐵素體含量略有降低；因冷卻速度不同，α相的比例發生變化，隨冷卻速度增大，α相發生轉變的機會減少，材料中鐵素體含量相對較多，風冷時因有極少量的二次奧氏體形成，因此沖擊韌性略有降低。而水冷時由于冷卻速度太快α相幾乎不發生任何轉變，因而沖擊吸收功最高。

圖1 冷卻速度對強度的影響

圖2 冷卻速度對沖擊和鐵素體含量的影響

圖3 冷卻速度對相比例的影響（金相）

3.2 固溶溫度對組織、性能的影響

將試樣分別在1100℃、1080℃、900℃固溶溫度下保溫8h后在水中冷卻，其力學性能和金相組織中含量如圖4-6所示。

圖4 固溶溫度對強度的影響

圖5 固溶溫度對沖擊和鐵素體含量的影響

圖6 固溶溫度對相比例的影響（金相）

如上圖所示，在900℃～1100℃之間，隨固溶溫度的提高，該材料的強度提高。早期的研究表明雙相不銹鋼的強度在很大程度上取決于鐵素體相，而韌性取決于奧氏體相[5]。因此屈服強度隨固溶溫度的增加及鐵素體含量的增加而增加，所以隨著固溶溫度的提高，α相的含量增加，屈服強度提高。而在900℃固溶處理時，材料脆斷，拉伸試樣無法加工，主要是由于該材料在850～950℃有σ相析出，它硬而脆，可以顯著降低鋼的塑性、韌性，特別對沖擊性能降低明顯[6]。

4 結語

ZG06Cr25Ni7Mo2N材料在固溶溫度和保溫時間一定時，隨著冷卻速度的降低，材料的屈服強度會降低。雖然水冷和鹽水冷卻室溫沖擊差異不大，但是通過與風冷比較，可以得出隨著冷卻速度的降低，由于材料中鐵素體含量增加，室溫沖擊呈下降的趨勢。在保溫時間和冷卻方式一定的條件下，固溶溫度為900℃～1100℃時，隨固溶溫度的提高，材料的強度提高；且在900℃固溶處理時，材料脆斷，有σ相析出，材料中鐵素體含量較高。