固溶處理是將合金加熱到高溫單-相區恒溫保持,使過剩相溶解到溶體后快速冷卻、以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。首先,固溶處理是為了溶解基體內碳化物、γ'相等以得到均勻的過飽和固溶體,便于時效時重新析出顆粒細小、分布均勻的碳化物和γ'等強化相,同時消除由于冷熱加工產生的應力。使合金發生再結晶。其次,固溶處理是為了獲得適宜的晶粒度,以保證合金高溫抗蠕變性能。固溶處理的溫度范圍為980~1250℃,主要根據各個合金中相析出和溶解規律及使用要求來選擇,以保證主要強化相必要的析出條件和一定的晶粒度。對于長期高溫使用的合金,要求有較好的高溫持久和蠕變性能,應選擇較高的固溶溫度以獲得較大的晶粒度;對于中溫使用并要求較好的室溫硬度、屈服強度、拉伸強度、沖擊韌性和疲勞強度的合金,可采用較低的固溶溫度,保證較小的晶粒度。高溫固溶處理時,各種析出相都逐步溶解,同時晶粒長大;低溫固溶處理時,不僅有主要強化相的溶解,而且可能有某些相的析出。對于過飽和度低的合金,通常選擇較快的冷卻速度;對于過飽和度高的合金,通常為空氣中冷卻。


 對2205雙相不銹鋼進行不同溫度的固溶處理會導致2205雙相不銹鋼兩相組織的改變,進而導致其性能的差異,圖3.1是在不同溫度下2205雙相不銹鋼固溶處理后的微觀組織。



  選取1000℃作為最低固溶溫度,當熱處理溫度低于950℃時,雙相不銹鋼基體會析出雜質相σ相,σ相作為富含Cr、Mo的硬脆相,其存在降低雙相不銹鋼的耐蝕性能。圖3.1(a)為950℃的微觀組織,。相廣泛分布于鐵素體/奧氏體晶界。當溫度達到1000℃時,σ相會消失,雙相不銹鋼中只存在鐵素體相和奧氏體相。圖3.1(b)~(f)中深色區為鐵素體,淺色區為奧氏體。奧氏體以鐵素體為基體,呈帶狀或島狀分布于鐵素體上。隨著溫度的升高,奧氏體晶粒尺寸變大。


 利用IAS圖像分析軟件測量并計算相比例,每個熱處理溫度下的金相圖取8張計算,求取平均值。表3.2給出了利用IAS圖像分析軟件計算得到不同固溶溫度溫度下2205雙相不銹鋼的相比例。1000℃時,鐵素體含量為48.3%,隨著固溶溫度的升高,鐵素體相含量增加,奧氏體相含量下降,直到1200℃時,鐵素體含量達到62.3%,奧氏體含量僅占37.7%.這種鐵素體與奧氏體隨固溶溫度的變化規律前人的研究結果相一致。兩相比例的變化曲線如圖3.2所示,兩相與溫度的關系呈線性變化。當固溶溫度約為1040℃時,其相比例為1:1。



 因此在本實驗的6個固溶溫度中,當固溶溫度為1050℃時,雙相不銹鋼相比例最接近1:1。


 采用顯微硬度儀壓頭為菱形壓頭,荷載F為4.8N,分別測出菱形的兩個直徑d1和d2,根據下式計算顯微硬度:


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所有固溶溫度試樣均測5個點,最后求取平均值為個固溶溫度下2205雙相不銹鋼的顯微硬度值。顯微硬度值如表3.3所列,顯微硬度隨固溶溫度的變化曲線如圖3.3所示。


  從圖3.3可知,2205雙相不銹鋼的顯微硬度先下降,后上升。這主要是由于當溫度為1000℃時,鐵素體相中間夾雜著小塊狀的二次奧氏體,當溫度達到1050℃后,二次奧氏體含量減少,組織均勻化程度提高,硬度減小。在此之后,隨著固溶溫度的增加,奧氏體含量減少,具有體心立方結構的奧氏體相屬于軟軔相,具有面心立方結構的鐵素體是強硬相,因此材料顯微硬度值又升高。同樣對2507雙相不銹鋼進行不同溫度的固溶處理會導致2507雙相不銹鋼兩相組織的改變,進而導致其性能的差異,以下是2507雙相不銹鋼在不同溫度下固溶處理后的微觀組織。


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  2507雙相不銹鋼分別在1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃下固溶0.5h后水冷的金相組織如圖3.4所示。從圖3.4可以清晰地得知當固溶溫度為1000℃時鐵素體相與奧氏體相兩相相界處有σ相析出,隨固溶處理溫度升高到1050℃時σ相已經溶解。利用Image-Pro-Plus 圖像分析儀軟件6.0版測定的相比例如圖3.5所示。從圖3.5能夠獲得固溶熱處理溫度的增高會導致σ析出相含量降低,當固溶熱處理溫度大于1050℃時σ相已經完全溶解。這是由于固溶熱處理溫度的升高使鋼中鐵素體α相量增多,導致σ相形成元素Cr和Mo在鐵素體相中的濃度降低,進而導致當固溶熱處理溫度大于1050℃時σ相的形成受到抑制??紤]到σ相硬且脆,能夠大幅度減弱材料的塑性與韌性,并且σ相富Cr,很容易在其周圍產生貧Cr區降低DSS2507的抗腐蝕性能,所以σ相為DSS2507析出相中危害最大的相,因此,在實際應用過程中要想將2507雙相不銹鋼中的熱軋態σ相完全消除所選用的固溶溫度要不低于1050℃。




  圖3.4中深色組織是鐵素體α相、淺色組織是奧氏體γ相。從圖3.4可知奧氏體γ相首先表現為長條狀,隨著固溶處理溫度的升高而逐漸變短,變成島狀分布在基體鐵素體上面。從圖3.5及表3.4中給出的相比例測量結果能夠獲得鋼中鐵素體α相量隨固溶熱處理溫度的升高而上升,奧氏體γ相體積分數隨著固溶溫度的上升而下降,這是由于在較高的固溶溫度下2507雙相不銹鋼呈現出的組織為單一的鐵素體,隨固溶熱處理溫度的降低鐵素體逐步轉化為奧氏體組織,即固溶熱處理溫度的升高導致奧氏體逐漸轉變為鐵素體組織。從圖3.5可以看出當固溶熱處理溫度在1000~1050℃之間時奧氏體y相比例減小的比較緩慢,隨固溶熱處理溫度的升高奧氏體γ相含量減少的趨勢加快,這是因為2507雙相不銹鋼中的氮元素是奧氏體形成元素,在較低固溶溫度下抑制了奧氏體相向鐵素體相的轉變,而固溶熱處理溫度的升高會使N元素穩定奧氏體相的作用逐漸減弱,進而導致奧氏體γ相向鐵素體α相轉變速度加快。


 2507雙相不銹鋼中的奧氏體相和鐵素體相這兩種相的相比例主要受固溶處理工藝以及自身化學成分的影響,當鋼的主要化學成分確定時,則兩相比例與固溶處理制度有著密切聯系。DSS2507的相比例又影響著其自身的性能,其塑性隨著鐵素體含量的增多而減弱、耐應力腐蝕破裂能力隨著奧氏體含量升高而減弱,進而認為當鐵素體α相跟奧氏體γ相這兩相相比例接近1:1時雙相不銹鋼的綜合性能最佳,有較好的抗腐蝕能力以及較優的力學性能。從圖3.5可知固溶熱處理溫度在1050~1100℃之間時可以使鋼中的兩相組織比例達到1:1,本實驗中所選用的5種固溶溫度中1050℃時鐵素體α相跟奧氏體γ相比例最接近1:1,進而可以認為選擇較優的固溶熱處理溫度使DSS2507中的兩相含量比例達到1:1是有可能的,在實際應用過程中為了使2507雙相不銹鋼獲得較好的綜合性能,進行固溶處理時選取的固溶溫度應該在1050~1100℃之間。


  2507雙相不銹鋼分別在1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃固溶0.5h后水冷的硬度值如圖3.6所示。從圖3.6可知DSS2507的硬度隨固溶處理溫度的升高先減小后變大呈曲線變化。在1000~1050℃溫度范圍內鋼的硬度隨固溶熱處理溫度的增高而逐漸減小,1050~1200℃范圍內隨固溶熱處理溫度的上升硬度又漸漸變大,且1050℃時DSS2507的硬度表現為最小。從3.2.1節分析可知當固溶溫度為1000℃時在鐵素體和奧氏體相界處有σ相析出,σ相是一種硬而脆的相,能夠提高雙相不銹鋼的硬度值,所以1000℃下鋼有較高的硬度,而σ相會隨固溶熱處理溫度的升高而漸漸溶解到基體中,DSS2507的硬度有下降的趨勢;同時又由于固溶熱處理溫度的增高導致鋼中的鐵素體相量增加而奧氏體相量降低,在室溫下鐵素體是體心立方結構(bcc)奧氏體是面心立方結構(fcc),前者硬度要高于后者,因此在鐵素體含量逐漸升高的情況下鋼的硬度也逐漸升高,即隨著固溶溫度的升高2507 雙相不銹鋼的硬度呈升高的趨勢。綜上所述,隨固溶溫度從1000℃上升到1200℃,2507雙相不銹鋼硬度呈先降低后升高的變化趨勢。


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