SAF2507超级双相不锈钢组织纳米压痕影响有哪些

 浙江至德钢业有限公司技术人员在对本工厂所生产的SAF2507超级双相不锈钢研究分析过程中，发现其组织纳米压痕影响主要有以下几点：

一、SAF2507超级双相不锈钢焊接接头各区域组织的纳米压痕

  SAF2507超级双相不锈钢之所以拥有良好的力学性能，是因为它兼具了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优良性能，对于双相不锈钢而言，单相组织的性能决定了其综合性能。纳米压痕技术是精密测量技术，在实际操作时，包括加载和卸载两个过程，得到加载曲线和卸载曲线。压头加载时，压头压入试样表面，得到最大压痕深度（hmax），到达加载力时卸载，试样回复一定的变形量，压头会在试样表面留下一个压痕，叫做残留压痕深度（hf）。整个加载和卸载的过程，可以测得试样的硬度及弹性模量。在此小节，采用纳米压痕技术测量焊接接头不同区域的双相组织彼此的纳米压痕硬度及弹性模量，为焊接接头整体的显微硬度表征作出参考依据。

二、SAF2507超级双相不锈钢焊缝及母材区双相组织纳米压痕

  焊接接头及母材的纳米压痕载荷-位移曲线如图所示，根据载荷-位移曲线，实测得每个区域不同相的最大压痕深度和残留压痕深度，结果如表所示，对于焊接接头与母材，不论什么区域的焊缝，在同一区域铁素体的最大压痕深度均大于奥氏体的压痕深度，残留压痕深度也高于奥氏体的残留压痕深度。在加载力相同的情况下，压痕深度一定程度上表征了硬度的大小，纳米压痕技术实测的各区域铁素体相的平均硬度小于奥氏体，在LMHW上半部分焊缝区域，铁素体相的纳米压痕硬度比奥氏体相平均低39HV，这是两相组织硬度差值最大的地方，两相硬度差值最小的地方是GTAW中部的焊缝区域，差值约为10HV。关于双相钢铁素体相与奥氏体相的硬度，他人也做过相关试验，试验结果普遍认为，铁素体的硬度要高于奥氏体组织的硬度，与本文试验结果相反，结合本文试验过程分析，在SAF2507超级双相不锈钢经过金相腐蚀液腐蚀过后，所得的金相组织并不在同一个基准面，奥氏体组织略微突出，铁素体组织衬于奥氏体组织的下方，在使用同一个校准点进行矫正的时候，纳米压痕技术测量的hmax和hf都大于实际值，因此测量的铁素体硬度偏小，实际的铁素体相硬度要比测量值大。同时，根据他人的EBSD结果，双相不锈钢的双相组织中存在许多亚晶界，亚晶界大多存在于奥氏体组织中，铁素体相中很少存在。在用纳米压痕技术测量硬度时，尽管压痕很小，但由于SAF2507超级双相不锈钢特殊的长而窄的组织形貌，在奥氏体相上压痕依旧会覆盖很多亚晶界，由一定的晶界强化作用，使得奥氏体相的硬度升高，综合这两点因素考虑，测量的铁素体相硬度严重偏小，奥氏体相硬度偏大，因此铁素体的实际硬度应该高于奥氏体。弹性模量是表征材料刚性的物理量，纳米压痕试验时，可以从卸载曲线中测得弹性模量的大小。焊接接头各区域双相组织的弹性模量大小如图所示，由图可见，接头各区域双相组织中，铁素体的弹性模量都比奥氏体组织大，整体而言，LBW焊接接头和母材的弹性模量要高于GTAW接头和LMHW焊接接头，因为GTAW和LMHW焊接接头都有弧焊填丝，在焊缝熔池中，溶质金属的加入往往会造成点阵畸变，导致焊缝弹性模量的降低。Mo元素是素体化的元素，它对材料的弹性模量有很大的影响，钼元素含量越高，组织的弹性模量就越大，铁素体中钼元素的含量高于奥氏体组织，因此铁素体的弹性模量也高于奥氏体。再者，一般体心立方结构的弹性模量高于面心立方的弹性模量，铁素体是体心立方，奥氏体是面心立方，在同域的铁组织和奥氏体组织，元素偏聚效应没有多个区域那么强，因此铁素体的弹性模量高于奥氏体组织。而对于不同接头之间，元素分布差异较大，不同接头的不同区域元素聚集作用不一，LBW焊接接头的冷却速度最快，最容易造成钼、铬等元素的聚集，导致弹性模量的增高。

 三、热处理对SAF2507超级双相不锈钢组织纳米压痕的影响

 经过固溶处理之后的焊接接头及母材的纳米压痕载荷-位移曲线如图所示，根据载荷-位移曲线，实测得每个区域不同相的最大压痕深度和残留压痕深度，结果如表所示，对于焊接接头与母材，不论什么区域的焊缝，经过固溶处理之后，在同一区域奥氏体的平均最大压痕深度仍然大于铁素体组织，纳米压痕深度越大，说明组织“越软”，但是跟未固溶处理之前相比，两相之间纳米压痕的测量值相差很小，在LMHW上部分焊接接头中，奥氏体纳米压痕硬度只比铁素体高1.8HV，在GTAW中心焊缝区域，两相的纳米压痕硬度差距最大，约为20HV。固溶处理使得焊接接头的元素分布发生变化，由于焊接过快的冷却速度造成点元素偏析的现象有所减少，更多的奥氏体组织析出，这是导致了所测的纳米压痕硬度结果更为均衡的主要原因。但根据理论结果，铁素体的纳米压痕硬度应高于奥氏体，与所测结果相反。经过固溶处理之后，焊接接头最大的改变仅仅是元素分布与双相组织的相变，铁素体组织与奥氏体组织不在同一个平面上的状况并没有改变，这个对试验结果最大的影响因素依然存在，因此试验结果与实际情况仍有较大误差。由第三章金相图片可知，对焊接接头进行固溶处理，LMHW和GTAW焊接接头中析出了大量的σ相，由于单个σ相面积小，难以被压头压中，因此在σ相周围区域采用盲打的方式，尝试测量σ相的纳米压痕硬度，结果显示σ相的纳米压痕硬度约为627.777HV，远高于测量的铁素体及奥氏体硬度。σ相的存在对于后续显微硬度的测量将有很大的影响，会造成显微硬度的局部不均匀性。经过固溶处理之后，焊接接头各区域双相组织的弹性模量大小如图所示，由图可见，经过固溶处理，接头各区域双相组织中，铁素体的弹性模量仍都比奥氏体组织大，但相比较于固溶处理之前，双相组织的弹性模量都有一定程度的下降。铁素体是体心结构，而奥氏体组织是面心结构，体心结构的弹性模量高于面心结构的弹性模量，因此测得的铁素体弹性模量要高于奥氏体。经过固溶处理之后，大量的铁素体组织转变为奥氏体组织，铁素体化元素钼扩散到接头各个区域，比固溶处理之前分布更为平均，这是弹性模量整体减小的原因之一。另外，经过固溶处理，焊接接头中局部存在的位错滑移等现象减少，这也进一步降低双相组织的弹性模量。