奧氏體－鐵素體鋼一般性能

雙相不銹鋼也稱奧氏體—鐵素體不銹鋼，這類鋼種綜合了鐵素體鋼和奧氏體鋼的很多有意特性。由于鉻和氮的含量很高，而且在通常情況下鉬的含量也很高，雙相不銹鋼具有優(yōu)良的抗點觸和抗均勻腐蝕的性能。而雙相顯微結構則有助于雙相不銹鋼的高強度和高抗應力腐蝕破裂性能。另外，雙相不銹鋼還具有優(yōu)良的可焊性能。

主要品種：卷材、中厚板、棒材

鋼種牌號

鋼種牌號/名稱

EN ASTM UNS

化學成分， %

碳最大 氮 鉻 鎳 鉬

1.4362 S32304 SAF 2304R

1.4410 S32750 SAF 2507R

1.4462 S32205 NAS329J3L

1.4162 S32101 LDX2101

- A789 S31500

0.03 0.10 23 4.8 0.3

0.03 0.27 25 7 4

0.03 0.17 22 5.7 3.1

0.04 0.22 21.5 1.5 0.3

0.03 0.10 19 5.25 3.0

機械性能

牌號 屈服強度 抗拉強度 延展率

MPa MPa %

牌號 屈服強度 抗拉強度 延展率 最大硬度

MPa MPa % Brielle

1.4362 420 650 20

1.4410 550 750 15

1.4462 480 700 20

1.4162 — — —

S31500 460 680 20

S32304 400 600 25 290

S32750 550 795 15 310

S32205 450 620 25 293

S32101 530 750 30 —

S31500 550 600 25 2902100433B

l 熱交換器和鍋爐

l 大型儲藏罐

l 海面作業(yè)平臺的防爆墻

l 紙漿和造紙工業(yè)使用的蒸煮器和其它設備

l 化學制品運輸船中的貨艙

l 海水淡化設備

l 煙氣凈化

l 海水處理設備

l 高強度

l 一般具有很高的抗腐蝕性能

l 優(yōu)良的抗沖刷腐蝕性

l 優(yōu)良的耐疲勞性能

l 很高的能量吸收性能

l 優(yōu)良的可焊性能

奧氏體－鐵素體鋼

這類鋼因擴大γ區(qū)和穩(wěn)定奧氏體元素的作用程度，不足以使鋼在常溫或很高的溫度下具有純奧氏體組織，因此為奧氏體－鐵素體復相狀態(tài)，其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的范圍內變化。屬于這一類的不銹鋼很多，如低碳的18－8鉻鎳鋼，加鈦、鈮、鉬的18－8鉻鎳鋼，特別是在鑄鋼的組織中均可見到鐵素體，此外含鉻大于14～15%而碳低于0．2%的鉻錳不銹鋼（如Cr17Mnll），以及現(xiàn)研究的和已獲得應用的大多數(shù)鉻錳氮不銹鋼等。與純奧氏體不銹鋼比較，這類鋼的優(yōu)點很多，如屈服強度較高，抗晶間腐蝕的能力較高，應力腐蝕的敏感性低，焊接時產(chǎn)生熱裂紋的傾向小，鑄造流動性好等等。缺點是壓力加工性能較差，點腐蝕傾向較大，易產(chǎn)生c相脆性，在強磁場作用下表現(xiàn)出弱磁性等。所有這些優(yōu)點和缺點均來源于組織中的鐵素體。

傳統(tǒng)的鐵素體/馬氏體鋼的工作溫度最高只能達到550～600 ℃，氧化物彌散強化（OxideDispersion St rengthened ，ODS） 鐵素體鋼能將工作溫度提高到700 ℃。穩(wěn)定的納米氧化物顆粒賦予了材料優(yōu)異的高溫蠕變性能。ODS 鐵素體鋼具有BCC 晶體結構，在200dpa 的中子輻照條件下仍有非常低的輻照腫脹率。此外，ODS 鐵素體鋼還具有優(yōu)異的抗氧化和抗腐蝕性。因此，ODS 鐵素體鋼可用于快反應堆和國際第Ⅳ代高級反應堆中的包層材料，第一壁材料及高溫結構件。ODS 鐵素體鋼的開發(fā)對提高反應堆的熱效率、減少環(huán)境污染、保證反應堆的安全性和長壽命運行具有重要意義。

合金元素( Fe 、Cr 、Ti 、W、Ta 、C) 滿足低活化的要求。Cr含量的確定要綜合考慮延性、斷裂韌性和耐腐蝕性。W添加的目的是通過固溶強化提高高溫強度。同時添加Ti和Y₂O₃有利于獲得納米尺度的氧化物顆粒，這大大提高了蠕變性能。ODS鐵素體鋼的制備用得最多的是熱擠壓工藝：首先在高純Ar氣氛中利用機械合金化（MA）將Y₂O₃顆粒均勻分散在基體中，然后將合金粉末密閉在低碳鋼管中并在1150℃進行熱擠壓。熱擠壓后的母管進行多道次的冷軋，在每道次冷軋之間進行中間熱處理，最終熱處理后得到薄壁的包層管。

ODS 鐵素體鋼制備的關鍵有兩個：一是獲得均勻分布的納米氧化物顆粒和適量的殘余α2Fe ，從而提高蠕變性能；二是熱擠壓工藝制備薄壁包層管的工藝及改變拉長晶粒形貌以消除材料的各向異性。重點分析Y₂O₃ 顆粒的溶解/ 析出、殘余α2Fe 的形成、薄壁包層管制備工程中的中間熱處理和改變拉長晶粒形貌的方法 。

高鉻鑄鐵鑄態(tài)基體組織通常不是單一組織，含有奧氏體、珠光體，厚大緩冷鑄件中還存在一些二次碳化物以及少量其他非固溶相。為了達到硬化目的，淬火第一個步驟就是將鑄件加熱超過A_C3，保溫一定時問后，使鑄態(tài)基體組織轉變成為單一的奧氏體組織。這一過程稱為奧氏體化。

鑄態(tài)基體組織對奧氏體化過程有一定影響。因為不同相組分在奧氏體化溫度下的轉變和元素溶解情況是不相同的。例如層狀珠光體的碳擴散距離短，易于分解，在奧氏體化過程中能較快達到固溶體的成分平衡。珠光體基體高鉻鑄鐵能在較短加熱時間內獲得均勻的奧氏體組織，因此規(guī)定高鉻鑄鐵件淬火前實行預珠光體化處理是有益的。

高鉻鑄鐵件加熱到A_C1度后，基體局部組織開始發(fā)生點陣改組，出現(xiàn)α→γ轉變。隨溫度增高，γ轉變量逐漸增加。理論上鑄件溫度達到A_C3，轉變應該停止。但是，實際測定結果表明，鑄件加熱到稍高于A_C3溫度進行奧氏體化，α→γ轉變的速度比較緩慢，即使保溫時間很長，也難以使基體全部成為單一奧氏體組織。此外生成的奧氏體組織化學成分很不均勻，并且含有許多未溶碳化物以及其他熔點較高的雜質。已發(fā)現(xiàn)細小的碳化物常常成片彌散分布。這些不純物不但影響過冷奧氏體的轉變，而且也會使轉變產(chǎn)物組織均勻性顯著下降，最終導致鑄件力學性能降低。

加熱溫度超過A_C320～30℃，α→γ轉變才開始逐漸趨于停止。高鉻鑄鐵通常采用的奧氏體化溫度超過A_C370～120℃以上。這樣的溫度既是為了奧氏體組織充分均勻化，也是進行脫穩(wěn)處理的需要。

確定某一鑄件的奧氏體化溫度，需要知道該鑄件的A_C3溫度。但是高鉻鑄鐵含有多種合金元素，直接影響A_C3溫度，難以寫出各元素質量分數(shù)對A_C1和A_C3溫度綜合影響的表達式。

碳在奧氏體中的溶解度隨奧氏體化溫度提高而增加，適當提高奧氏體化溫度會使淬火后馬氏體的硬度上升。但是過度提高溫度將產(chǎn)生相反效果。例如奧氏體化溫度超過100℃以后，由于二次碳化物重新溶入奧氏體，使奧氏體含碳量增多、組織穩(wěn)定性提高，淬火后鑄件中殘余奧氏體在基體中的體積分數(shù)可能超過70%。因此，高鉻鑄鐵件奧氏體化溫度不應超過980～1000℃。

鑄件在爐內加熱到預定的奧氏體化溫度后開始計算奧氏體化保溫時問。此時間過程包括：鑄件整體達到奧氏體化溫度所需時問、成分均勻化及二次碳化物析出所需時間。

奧氏體化所需時間中，成分均勻化所需時問比較長，鉻、碳含量較高時需要的時間更長。其次是鑄件結構所決定的鑄件整體加熱到奧氏體化溫度所需時問。在爐內升溫過程

中，鑄件的實際溫度總是滯后于爐子的測定溫度，而且鑄件的模數(shù)越高，滯后越顯著。鑄件表面溫度向內部傳導，是滯后的重要原因。據(jù)測定，二次碳化物析出時間并不長，一般高鉻鑄鐵件整體達到奧氏體化溫度后，20min即可結束析出過程。這可能與鑄件加熱過程中已有二次碳化物析出有關。

鑄件具體的奧氏體化保溫時間，可以這樣計算：厚度25mm的鑄件基本保溫時間為2h，厚度每增加25mm保溫時間增加1h?；蚋鶕?jù)鑄件最大模數(shù)計算保溫時間，1cm模數(shù)鑄件保溫時間2h，每增加1cm模數(shù)，增加0.5h。即：保溫時間=2h 0.5h/1cm模數(shù).

如果加熱前鑄件的基體組織為珠光體，保溫時間可適當減少。

其顯微組織為奧氏體。它是在高鉻不銹鋼中添加適當?shù)逆嚕ㄦ嚨馁|量分數(shù)為8%~25%）而形成的，具在奧氏體組織的不銹鋼。奧氏體型不銹鋼以Cr18Ni19鐵基合金為基礎，在此基礎上隨著不同的用途，發(fā)展成圖1-2所示的鉻鎳奧氏體不銹鋼系列。

奧氏體-鐵素體型不銹鋼

其顯微組織為奧氏體加鐵素體。鐵素體的體積分數(shù)小于10%的不銹鋼，是在奧氏體鋼基礎上發(fā)展的鋼種。