至德钢业回火工艺对双相不锈钢管微观组织的影响
浙江至德钢业有限公司技术人员发现,对于双相不锈钢管中的马氏体,不同的回火温度可对其内部分亚结构造成不同的影响,主要体现在析出碳化物的尺寸和分布上。而对于双相不锈钢管中的铁素体晶粒,由于在淬火过程中马氏体相交产生的体积膨胀,使铁素体内诱发了大量位错,在回火过程中,位错也产生了一定的变化。图为不同回火温度下实验双相不锈钢管微观组织的金相照片和扫描微观组织,a、b、c所示回火温度分别为400℃、300℃和200℃。在金相照片中,铁素体呈白色,马氏体呈黑色,对比三个回火温度下实验钢管的金相组织可见,由于在两相区直接淬火至室温使组织中增加了更多的马氏体形核点,使双相不锈钢管中马氏体的体积分数达到了50%左右,而回火工艺对马氏体的体积分数影响不大,如图所示。但当回火温度为400℃时,组织中的白色区域稍有增加,这主要是由于回火温度较高,马氏体分解较快,使马氏体回火组织部分呈现出了类似于铁素体的形貌。当回火温度为400℃时,由实验双相不锈钢管的扫描形貌可知,原马氏体岛区域产生了较大程度的分解,马氏体基本不具有岛状轮廓,而是在原马氏体区域呈碳化物弥散分布的形貌。
对比回火温度为200℃和300℃时实验钢管的扫描照片可见,经过回火后,马氏体仍能保持原有的岛状轮廓,并且随着温度的升高,马氏体的分解程度增加。在200℃时,马氏体中仍可见板条亚结构,碳化物的排列也具有一定的趋向性,为沿着马氏体板条的方向排列,而回火温度为300℃时的马氏体内部的碳化物则有呈现弥散分布的趋势。由此可见,马氏体在回火过程中发生分解,碳化物开始沿马氏体板条方向分布,随着回火温度的升高,碳化物呈现弥散分布的状态。图为不同回火温度下实验双相不锈钢管微观组织的透射照片。可见,在回火温度为200℃时,马氏体岛开始产生分解,板条界面不明晰,有部分细小的碳化物析出,但仍保留内部较高密度的位错。由图可见,碳化物的析出位置在板条界面上,以薄片状或薄膜状的形式存在,这是由于在渗碳体形成前,碳原子发生折聚。当回火温度升高至300℃时,如图所示,在原马氏体岛区域出现了高密度的细小沉淀相,呈现粒状或薄膜状,在同一取向板条内,沿着原马氏体板条方向排列,而在整体上更趋向于弥散化。马氏体内的高密度位错基本消失,这些碳化物沉淀相基本都是在位错位置形核,但是在较短的保温时间下,未见粗化的现象。
在回火温度为400℃时,组织中基本观察不到原马氏体岛内的板条结构,碳化物的尺寸发生了明显的长大,粒状碳化物的直径增加,产生了球化,薄膜状碳化物的长度和直径均有所增加。马氏体岛状组织消失,钢中的低碳a相增加,此时的马氏体和铁素体两种a相中的碳含量基本相同,马氏体的硬度发生大幅的下降,这对对强度会有较大的降低,但对塑性有益。 双相不锈钢管在拉伸过程中可以呈现连续屈服的状态与其铁素体内部大量的可动位错有关。而在回火过程中,位错的分布与形态也会发生一定的变化,从而影响实验钢管的力学性能。在750℃临界退火后直接淬火至室温得到的双相不锈钢管组织中,由于体积收缩会保留一定的淬火残余应力,从而导致一些位错的产生,而马氏体相变也会诱发铁素体内大量的位错,两种位错相互缠结则会造成一些位错的胞状或网状结构,如图中箭头所示。在400℃回火时,铁素体内部的可动位错大部分消失,而相互缠结的位错胞状结构等仍存在于铁素体中,如图中箭头所示。这将会使实验钢管在变形的初期,位错不易滑动,从而导致实验钢管屈服强度增加。
可动位错的消失与回火温度较高有关,当回火温度为200℃时的位错形态如图中箭头所示,可以观察到,在铁素体和回火马氏体的相界处,仍存在大量的可动位错组织,在回火的作用下,位错重新排列为均匀的组态,与高温回火的实验钢管相比较,在该条件下的实验钢管更易于屈服。将临界退火温度设定为750℃,以保证铁素体可以充分的完成再结晶,生成等轴铁素体晶粒,尺寸在2岬左右。包含回火制度的连续退火工艺的示意图,回火温度分别设定为400℃、300℃和200℃。在两相区保温时间为10秒,回火时间为20秒。加热至两相区的加热速率为300℃/秒,两相区保温后直接淬火至室温,淬火速率为80℃/秒;回火的加热速率为200℃/秒,回火后空冷至室温。
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