热处理温度对SAF2205双相不锈钢力学性能的影响

  将2205双相不锈钢轴截面试样按如图所示加工成拉伸试样尺寸，室温下在万能试验机上进行拉伸试验，得出力学性能如图所示。由图可知，随着温度的升高，抗拉强度先降后升，延伸率先升后降再升。原因是，在800℃、850℃进行热处理时，在铁素体和奥氏体相界有黑色的脆性相析出，析出相分别为10.7%和10.3%，深灰色的铁素体和灰白色的奥氏体相界有连续的黑色颗粒状脆性相析出，经能谱测出是铁铬钼化合物，此化合物在室温下有很较高的硬度，从而使800℃、850℃热处理时强度较高，正是这些黑色的相在铁素体和奥氏体相界析出，当进行拉伸试验时，钉扎位错，阻碍塑性变形，从而导致塑性不高。

   随着温度的升高，2205双相不锈钢中铁素体奥氏体相界的连续的黑色颗粒脆性相逐渐溶解并消失，当热处理温度为900℃时，脆性相降为8.2%，当热处理温度为950℃时，脆性相降为3.8%，当热处理温度为1000℃时，脆性相完全溶入基体组织中，如图所示。在1000℃进行热处理时，铁素体-奥氏体相界黑色颗粒状的脆性相消失，相界变得光滑，从而使得强度下降，塑性达到最大值34.5%。随着热处理温度的继续上升，此时，基体组织发生两种变化：再结晶过程，从而使得晶粒长大并球化，由于发生再结晶过程使基体强度降低、塑性升高。组织转变，随着热处理温度的升高，显微组织发生γ→δ转变，如双相不锈钢相图所示，铁素体含量增加，奥氏体减少，室温下铁素体强度和硬度较高，塑性较差，从而导致基体整体塑性下降。当热处理温度高于1000℃时，发生组织转变使得塑性的减少量大于再结晶过程使得塑性的增加量，从而基体整体的塑性降低。然而，当热处理温度为1300℃时，基体组织中铁素体组织约占81.8%，奥氏体发生球化，从而使得铁素体和奥氏体相界减少，塑性变形时导致两相变形的不协调减少，从而使塑性有所增加。

  当温度升高时，由金相图可知，晶粒长大，根据公式，晶粒尺寸增大，从而导致强度σs下降；从900℃~1100℃时，强度由1000MPa下降到690MPa，然而，当温度升高时，从1100℃~1300℃时，铁素体相增多，冷却到室温时，室温下α−铁素体强度较高，从而使组织强度升高。在900~1100℃热处理处理时，随着温度的升高，组织发生γ→δ转变，使得δ相增多，室温下强度升高，但是又由于热处理温度的升高，再结晶过程越充分，晶粒长大，又使得强度下降，在900~1100℃热处理时，晶粒大小对强度的影响起主要作用。当热处理温度大于1100℃时，虽然晶粒长大并发生球化现象，使得强度降低，但是组织发生γ→δ转变，使得δ相增多，从而基体强度增加，此时铁素体相在基体组织所占比例对强度起主要作用。

  根据国家标准GB/T229-2007，2205双相不锈钢加工冲击试样外形尺寸如图所示，为了减少误差，相同工艺制定3个冲击试样，然后取平均值。将试样加工成55mm×10mm×10mm，缺口为V型缺口，由QYJ4201夏比冲击试样缺口自动拉床上加工，冲击角度为-150.3°，摆锤能量为300J。在800℃、850℃进行热处理时，由于铁素体-奥氏体相界有大量的脆性相析出，脆性相分别为10.7%、10.3%，使得轴截面试样室温冲击功很低，冲击功仅为13.17J和18.76J，如图所示，并且经过断口分析，断口形貌中有大量的撕裂棱，没有韧窝出现，断口呈现脆性断裂，断口形貌由图所示。当热处理温度为900℃时，脆性相减少为8.2%，断口形貌中有少量韧窝出现，呈现准解理特征，如图所示。当热处理温度为950℃，脆性相减少为3.8%，由于脆性相的减少，断口中有大量的韧窝，冲击功已升高为180.61J。随着热处理温度的升高，脆性相逐渐溶解于基体中，冲击功逐渐增加，断口逐渐呈现韧窝形貌。当热处理温度达到1000℃时，脆性相完全溶入基体组织中，断口形貌中出现大量的韧窝，从而有很好的韧性，冲击功也达到最大值为207.74J。说明脆性相对轴截面试样室温冲击值有很大的影响，随着热处理温度的继续升高，冲击功逐渐降低。这是由于在1000~1300℃进行热处理时，由图可知，再结晶过程比较充分，整体晶粒度变大，韧窝变得大且很浅，并且随着热处理温度的升高基体组织发生γ→δ转变，铁素体相所占比例也逐渐增多，大量的铁素体在室温下使基体组织呈现脆性特征，从而导致冲击功下降，使材料变脆。