AT25-6雙相不銹鋼脆裂缺陷分析

張海平

(重慶鋼鐵研究所有限公司,重慶400084)

AT25-6雙相不銹鋼脆裂缺陷分析

張海平

(重慶鋼鐵研究所有限公司,重慶400084)

通過對(duì)試樣進(jìn)行低倍試驗(yàn)和金相顯微組織觀察,對(duì)AT25-6鐵素體奧氏體雙相鋼產(chǎn)生脆裂的原因進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和討論。通過試驗(yàn)分析表明,鐵素體基體上分布有較多的σ相是造成本次AT25-6鐵素體奧氏體雙相鋼產(chǎn)生脆裂的主要原因。

雙相鋼;鐵素體;奧氏體;σ相

1 引言

鐵素體奧氏體不銹鋼因?yàn)榫哂斜葕W氏體鋼更好的屈服強(qiáng)度以及優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕性能和良好的可焊接性等特點(diǎn)而在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)成為繼奧氏體不銹鋼之后一種更加優(yōu)良的鋼種。但這種鋼由于成分波動(dòng)、偏析,熱處理工藝或操作不當(dāng)?shù)纫桩a(chǎn)生脆裂現(xiàn)象。本所研制的AT25-6鐵素體奧氏體雙相不銹鋼在某次冶煉的固溶處理后的電渣錠中發(fā)現(xiàn)部分鋼錠有脆裂缺陷產(chǎn)生,故對(duì)其脆裂缺陷進(jìn)行系統(tǒng)分析,查找其脆裂原因,以便為以后改進(jìn)生產(chǎn)工藝提供科學(xué)的指導(dǎo)。

2 試驗(yàn)

2.1 低倍試驗(yàn)

根據(jù)GB/T226-1991標(biāo)準(zhǔn)將整個(gè)?140mm的試樣放入熱鹽酸中進(jìn)行酸浸蝕15min～20min,然后洗凈觀察試樣橫切面。

2.2 顯微組織分析

在低倍試驗(yàn)后的試樣上切取兩個(gè)試樣(切取部位如圖1所示),分別標(biāo)為1#、2#,其中1#觀察面為縱向,2#觀察面為橫向。經(jīng)過磨制、拋光后用氯化高鐵鹽酸溶液擦拭試面,在金相顯微鏡下觀察其組織情況。

圖1 顯微組織試樣的切取示意圖

3 分析及討論

3.1 低倍觀察及結(jié)論

通過低倍試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在試樣的橫切面上出現(xiàn)了一條長(zhǎng)約50mm～60mm的貫穿整個(gè)試樣的成鋸齒狀的裂縫,并且整個(gè)試面肉眼可見粗大晶粒。為了進(jìn)一步分析缺陷原因,我們對(duì)樣品進(jìn)行了顯微組織觀察。

3.2 顯微組織分析及討論

圖2、3分別為試樣1#、2#試樣的局部金相顯微組織圖片,從圖2、3中可以觀察到奧氏體柱狀晶分布在鐵素體基體上,而且除了奧氏體和鐵素體外,在明亮視場(chǎng)下還發(fā)現(xiàn)有較多的針狀黑色異相出現(xiàn)。

為了進(jìn)一步弄清針狀相的真實(shí)面目,我們用高錳酸鉀水溶液對(duì)其進(jìn)行了染色試驗(yàn)。通過染色試驗(yàn)表明該雙相鋼的基體為鐵素體,其上分布著奧氏體和彩虹色針狀的σ相。通過觀察發(fā)現(xiàn)鐵素體面積占了整個(gè)試面的60%左右,且奧氏體分布不均勻,說明鋼錠的固溶處理并未使其組織均勻化。通過對(duì)裂紋兩端的組織觀察發(fā)現(xiàn)裂紋穿晶而過(如圖4所示),這說明裂紋并不是碳化物析出造成,因此判斷脆裂缺陷主要是由σ相引起。

圖2 1#試樣局部顯微組織(黑色為σ相) 400X

圖3 2#試樣局部顯微組織(黑色為σ相) 800X

圖4 局部裂紋周邊顯微組織 200X

σ相是一種鐵與鉻的金屬間化合物FeCr型拓樸密排相,無磁性,硬而脆。該相的形成導(dǎo)致鋼材在常溫下脆化,也降低高溫下的持久壽命。σ相在金相中常呈針狀、塊狀、球狀等,可分布在晶內(nèi)也可分布在晶界[1]。σ相的出現(xiàn)與材料的化學(xué)成分、組織、加熱溫度、保溫時(shí)間預(yù)先冷變形等因素有關(guān)。高鉻鐵素體鋼形成σ相的傾向很大,在520℃～820℃之間長(zhǎng)時(shí)間加熱就容易出現(xiàn)σ相,但一般認(rèn)為,含鉻量低于20%的鋼不易產(chǎn)生σ相,但當(dāng)成分偏析較大造成局部含鉻量較高,且有Mo、Mn等促進(jìn)σ相形成的元素時(shí)使得σ相形成傾向明顯加大[2];奧氏體鐵素體復(fù)相鋼的鐵素體中也容易形成σ相,這是因?yàn)棣蔫F素體中富集的鉻較多,而且鉻在δ鐵素體中的擴(kuò)散又比在奧氏體中容易,因此,σ相易在δ鐵素體中形核和長(zhǎng)大[3]。

通過以上分析并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際工藝過程,本文中試樣σ相的形成極有可能是由于以下兩個(gè)原因造成:(1)由于鑄錠形成時(shí)存在嚴(yán)重的枝晶偏析,那么枝晶間的區(qū)域Cr、Mo、Mn等元素含量較高,而電渣鋼錠雖然在重熔過程中冷卻速度較模鑄鋼錠快,但在鋼錠中上部比底部鋼錠冷卻慢一些,經(jīng)過σ相析出溫度范圍的時(shí)間比鋼錠底長(zhǎng)一些,使得鑄錠中這些部位極可能存在較多的σ相。又由于固溶處理時(shí),熱處理溫度不均勻,局部溫度偏低,不足以使其成分組織均勻化,使σ相無法完全消除而殘留于鋼錠組織中;(2)電渣錠自身化學(xué)成分的偏析造成Cr、Mo、Mn等元素局部較高,使σ相形成傾向增大,并在固溶處理過程中冷卻速度較慢或在σ相析出溫度區(qū)間(550℃～950℃)一定時(shí)間的停留均可造成σ相析出。這種脆性相的存在實(shí)際上起到了割裂基體,阻礙了基體連續(xù)性的作用,促使裂紋、裂縫的形成和擴(kuò)展。

4 消除σ相的探索

由于σ相的形成是一個(gè)可逆的過程,因此本文將上述1#樣品在1 000℃～1 010℃固溶15min后用水快速冷卻,樣品經(jīng)磨制、拋光、腐蝕后的顯微組織如圖5、6所示,從圖中明顯可以看出σ相的含量明顯減少。這說明完全可以通過探索適當(dāng)?shù)墓倘軠囟群捅貢r(shí)間,并經(jīng)多次固溶處理后快速冷卻而消除σ相。

圖5 重新固溶處理后1#試樣局部顯微組織(黑色為σ相) 400X

圖6 重新固溶處理后1#試樣局部顯微組織(黑色為σ相)800X

5 結(jié)論

通過低倍試驗(yàn)和金相顯微組織觀察系統(tǒng)分析了本次AT25-6鐵素體奧氏體雙相不銹鋼脆裂缺陷形成的原因,它主要是由雙相鋼中σ相的存在而造成的脆裂。通過對(duì)工藝過程的分析,本次σ相的形成極可能是由于熱處理過程不充分鑄錠中殘留的σ相和固溶處理時(shí)溫度不均勻,局部溫度偏低且冷凝速度緩慢σ相析出而造成。

[1] 沈保羅傅守默.雙相耐熱鑄鋼的σ相析出行為和脆化,鑄造,1990,7.

[2] 宋維錫.金屬學(xué),冶金工業(yè)出版社,北京,2005.

[3] 王正樵吳幼林,等.不銹鋼,化學(xué)工業(yè)出版社,1991.

Analysis of AT25-6 Duplex Stainless Steel

ZHANG Hai-ping
(Chongqing iron and Steel Research Institute Co.,Ltd.Chongqing 400084,China)

In this paper,the causes of brittle fracture of AT25-6 ferrite austenite dual phase steel were systematically analyzed and discussed by means of low-and-time test and microstructure observation.Through the test analysis showed that the ferrite matrix on distributed moreσphase is caused by the AT25-6 iron element austenite dual phase steel produce brittle fracture is the main reason.

dual phase steel;ferrite;austenite;σphase

TG142.7

:A

1001-5108(2015)06-0040-03

張海平,助理工程師,主要從事特鋼冶煉技術(shù)方面的工作。