过时效制度对双相钢不锈管组织性能的影响

  过时效制度是在双相钢临界区退火之后，在低温区的等温淬火过程。其目的在于使临界区生成的奥氏体晶粒在淬火过程中发生等温相变，生成较为均匀的淬火组织。浙江宏盛特钢有限公司采用的临界退火温度为750℃，保温时间为10秒，过时效选择的温度分别为400℃、300℃和200℃。

一、过时效制度对双相钢不锈钢管微观组织的影响

    由于临界退火的工艺相同，各个工艺下的双相不锈钢管在临界区所生成的奥氏体含量相同。由于保温时间较短，奥氏体晶粒内部的碳含量存在一定的不均匀性，产生了贫碳区和高碳区，这也决定了其淬透性的不同。在过时效的等温相变过程中，不同的过冷度和淬透性造成了实验钢管微观组织的差别。过时效温度为400℃时，实验钢管的微观组织形貌如图所示，在铁素体基体上均匀分布着岛状组织，其晶粒内部可见细小的碳化物，其可被看作是发生一定自回火的马氏体组织，结构与粒状贝氏体相近。而过时效温度为300℃时的微观组织中，出现了尺寸较大的板条贝氏体晶粒，如图所示，在放大的扫描照片中可以明显的观察到贝氏体板条，如图所示。对比二者可见，过时效温度降低，对微观组织产生了非常明显的影响，除铁素体之外的第二相组织在形态和体积分数上都发生了明显的变化。而当过时效温度为200℃时，由图可见，可以得到均匀分布的细小马氏体组织。三个工艺下的微观组织具有明显的区别，与传统工艺下的实验结果也具有比较大的差别。所以，在以快速加热和短时保温为特点的快速退火工艺条件下，双相钢不锈钢管的相变行为具有很显著的特点。这与在快速加热与短时保温造成的奥氏体中的浓度起伏，以及短时等温相变提供的相变驱动力是密切相关的。

   对比过时效温度为400℃和200℃时的微观组织，可见岛状组织的黾萨尺寸随温度降低而减小，但其体积分数随着温度的降低而升高。400℃时，第二相组织具有比较明显的扩散相变的特征，晶粒有一定程度的长大，其内部的碳化物的生成也是通过扩散来实现的。而过时效温度为200℃时，组织中的马氏体岛尺寸要明显小于图中的岛状组织，其透射照片也表征了该组织是通过切变相变的方式产生的板条组织。通过体积分数的变化可知，在过时效温度较高的情况下，实验钢管中也通过扩散相变的方式，生成了一定量的铁素体组织。过时效温度为300℃时的组织几乎全部都是以切变相变方式

   生成的贝氏体组织，并且体积分数变化较大，由图可见，全部的奥氏体晶粒都转变为板条贝氏体。通过对三种工艺的微观组织观察，可知，随着过时效温度的降低，奥氏体相变的方式由扩散为主导的相变机制变化为由切变为主导的相交机制。图为不同过时效制度下，实验钢管微观组织的透射照片，由图可见，当温度为400℃时，碳化物的尺寸在400～200nm之间，排布具有一定的方向性，这进一步验证了之前分析中提到的马氏体自回火的结论。马氏体内部的位错大部分已消失，但仍具有岛状的晶粒轮廓，这与扫描照片中的结果一致。在过时效温度为300℃时，组织中可观察到明显的板条亚结构，并且板条内部具有较高密度的位错，局部可见细小的碳化物析出，如图所示，其板条宽度在200nm，300nm之间，晶粒尺寸发生了明显的增大。过时效温度在200℃时，实验钢管中出现了板条马氏体岛，和孪晶马氏体岛，分别对应低碳和高碳的原奥氏体区域，其尺寸小于400℃时的岛状马氏体，直径在1～2pm之间。由于碳含量不同，其在硬度上也存在差别，进而对力学性能产生影响。

二、过时效制度对双相不锈钢管力学性能的影响

    在不同的过时效制度下，双相不锈钢管的微观组织产生明显的变化，其对力学性能的影响通过如图曲线所示。在图所示的拉伸曲线中，可见三种工艺下的实验钢管均呈现连续屈服的状态，不存在屈服点，这是由于铁素体内部由相变体积膨胀诱发的可动位错超过了临界值。而实验钢管的屈服强度则呈现先减小后增加的趋势变化，抗拉强度则一直呈现增加的趋势，在由300℃向200℃变化的过程中，增幅更大，如图所示。详细的力学性能参数如表所示，双相不锈钢管在过时效温度为200℃下的延伸率和加工硬化指数力均最高，并且屈强比最低。

    在三种工艺制度下，实验钢管均呈现出较高的初始加工硬化性能。过时效制度对其塑性影响较大，温度为300℃时的延伸率最低，这与之前的一些研究存在差别，这是由于在该条件下的力学性能几乎就是贝氏体的力学性能特征，所以出现变化规律反常的现象。而对比200℃和400℃时的力学性能可以看出，随着马氏体的体积分数增加，实验钢管的强度随之增加，而由于诱发了铁素体内部更多的可动位错，使屈服强度没有发生变化，较高的加工硬化性能，也使实验钢管在马氏体含量稍有增加的条件下，仍然保持了良好的延伸率，这也与之前提到的马氏体的形态有一定关系。

    对各工艺下的双相不锈钢进行扩口实验，实验结果如图所示。利用公式对双相不锈钢管的扩口率进行计算，得到表所示的扩口性能参数。可见，不同工艺下，实验钢管的扩口性能与其在拉伸下的延伸率变化相符，延伸率较高的试样，在扩口实验条件下的扩口率也较大。对于同一工艺的钢管，扩口率随着扩口角度的增加而增大。由柱状图中的结果可见，过时效温度为200℃时的双相不锈钢管的扩口率在各个角度下，都表现出较好的塑性，具有较全面的成形性能指标。