孫廣申++申鵬++楊振

摘 要： 2205雙相不銹鋼是一種低鎳、高氮、高性能雙相不銹鋼，在一定程度上可以代替18-8型奧氏體不銹鋼，且成本低廉。但其熱加工塑性較差，通過研究表明精確控制2205雙相不銹鋼的純凈度、Creq/Nieq、組織成分、加熱制度、軋制工藝及固溶工藝，可生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好無邊裂的板卷。

前言

2205雙相不銹鋼是一種低鎳、低鉬、高氮雙相不銹鋼，其相比例大概在1：1左右，相比較其他節(jié)約型雙相不銹鋼相平衡較好，力學性能高，室溫屈服強是304的2倍左右，耐點蝕性能與普通奧氏體不銹鋼304和316L合金相當，在中等腐蝕環(huán)境中如石化、造船、建筑、凈化水、化工等諸多領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用。

但其熱加工塑性較差，熱加工時在表面及邊部易產(chǎn)生裂紋，嚴重影響了其板面質(zhì)量。據(jù)一些研究者指出，雙相不銹鋼的熱塑性主要與雙相不銹鋼的純凈度、Creq/Nieq當量比、相界結(jié)合力、組織成分、加熱制度、軋制工藝等有關(guān)系，通過精確控制這些因素可以生產(chǎn)出質(zhì)量較好的2205雙相不銹鋼板材。

1.2205雙相不銹鋼工藝控制流程

工藝流程控制

東方特鋼2205雙相不銹鋼生產(chǎn)工藝為：電爐→AOD→LF→連鑄→加熱→熱軋→退火處理→酸洗→包裝。在初研制2205雙相不銹鋼板卷時邊部邊裂嚴重、表面質(zhì)量差，嚴重影響了板卷的表面質(zhì)量和成材率。通過嚴格控制冶金成分、Creq/Nieq當量比、微合金元素含量、內(nèi)部質(zhì)量、鑄坯組織、合理的熱加工工藝及退火工藝制度，成功研制出了2205雙相不銹鋼板卷，表1是2205雙相不銹鋼主要化學成分。

2. 影響2205雙相不銹鋼熱加工性能的因素

2.1嚴格控制2205雙相不銹鋼內(nèi)部質(zhì)量

據(jù)很多國內(nèi)外研究表明嚴格控制雙相不銹鋼內(nèi)部質(zhì)量有利于熱加性能的改善，雙相不銹鋼內(nèi)部夾雜主要與硫、氧有關(guān)，這兩種元素主要以低熔點MnS和 Al2O3復合夾雜物存在，由于這些夾雜物的存在導致熱加工塑性較差，加工時易在雜質(zhì)的周圍形成應(yīng)力集中點，進而對2205雙相不銹鋼的熱加工塑性產(chǎn)生不利影響，當硫的含量大于30ppm、氧大于50ppm時雙相不銹鋼的熱加工性能較差，邊部及表面易產(chǎn)生裂紋，經(jīng)工藝改進可以把硫含量控制在10ppm以下，而氧可以控制在30ppm以下。

通過添加稀土、鈣和硼元素來提高2205雙相不銹鋼的熱加工塑性，稀土、鈣主要和O及S形成CaO和Ce2O3， CaS ，CeS 及 LaS等物質(zhì)，來提高鋼的純凈度、凈化晶界、改性雜質(zhì)、改善雜質(zhì)的分布、細化組織進而來提高2205雙相不銹鋼的熱加工塑性。添加硼元素添加可以細化雙相不銹鋼的組織，提高晶界能進而來提高其高溫熱加工性能。雖然這些微合金元素對雙相不銹鋼的熱加工性能都有改善的作用，但當超過一定含量時反而對雙相不銹鋼的熱加工性能不利，通過實驗鈣的含量在：0.005%～0.02%、硼含量：0.0005%～0.005%、稀土（鈰和鑭）含量在：0.005%～0.1%之間為宜。

2.2氮/鎳的含量控制

氮和鎳元素主要是奧氏體形成元素，氮和鎳的含量決定了2205雙相不銹鋼的Creq/Nieq當量比，據(jù)有些研究指出適當提高Creq/Nieq當量比有利于高溫鐵素體的數(shù)量，使其盡量在單相區(qū)加工，進而有利于2205雙相不銹鋼的高溫塑性。隨著氮含量的提高， 2205雙相不銹鋼的高溫奧氏體相含量增加，同時兩相間的強度差也有增大趨勢，當高溫變形時，使應(yīng)變更加容易在鐵素體中產(chǎn)生，減小了奧氏體相的應(yīng)變分布，從而導致高溫熱塑性的下降。鎳元素的含量對雙相雙相不銹鋼高溫塑性的影響沒有氮元素那么強烈，主要是由于兩者的固溶形式不同，氮元素在鋼中以間隙固溶體主要存在奧氏體相中，而鎳元素主要以代位固溶體存在，同時鎳元素的增加有利于氮元素在奧氏體中的稀釋。所以嚴格控制2205雙相不銹鋼的鉻鎳當量比、降低氮元素的含量及控制鎳元素的含量對2205雙相不銹鋼的順利生產(chǎn)有重要的意義。

2.3加熱工工藝制度

據(jù)研究表明當2205雙相不銹鋼成分及組織確定后，溫度、道次壓下量是影響雙相不銹鋼的熱加工性能的關(guān)鍵因素，隨著溫度的升高鐵素體含量呈線性增加趨勢，鐵素體含量和奧氏體含量之間的差距在增大，這說明高溫對雙相不銹鋼的熱加工性能有利，鑄坯鐵素體含量與溫度之間的關(guān)系見圖2所示，由圖可知即使在1280℃，奧氏體的含量也有30%左右，所以想在單一鐵素體組織內(nèi)加工是困難的。同時有研究指出當熱加工溫度過高時雙相不銹鋼鋼熱加工塑性反而降低，而當2205雙相不銹鋼熱加工溫度較低時，如在850℃以下加工，又會有σ相析出的危險，σ相塑性較差，對2205雙相不銹鋼的熱加工性能不利。2205雙相不銹鋼鑄坯顯微組織與溫度之間的關(guān)系見圖3所示，白色為奧氏體組織，黃色為鐵素體組織，可以看出隨著溫度的升高奧氏體逐漸轉(zhuǎn)變成鐵素體，形態(tài)也有纖維帶狀逐漸轉(zhuǎn)變成島狀，而少量奧氏體組織中含有大量的氮元素將導致其強度升高，也可能是導致雙相不銹鋼在較高溫度時塑性較差的原因之一，所以2205雙相不銹鋼熱加工溫度一般選在900～1250℃進行較為合適。

雙相不銹鋼是由鐵素體和奧氏體兩相按照一定的不利構(gòu)成的，兩相成分、強度的不同導致其熱加工時變形塑性也不近相同，在相界處易造成應(yīng)力集中，進而會產(chǎn)生裂紋。有些研究指出隨著初軋道次壓下量減小，軋制道次的增加表面裂紋也呈下降趨勢，甚至雙相不銹鋼表面無裂紋產(chǎn)生。同時也有研究指出隨著變形速率的降低，2205雙相不銹熱塑性呈增加趨勢。所以一般粗軋道次控制在7～11道次，軋制到厚度為30mm左右，然后精軋控制在7～9道次軋制到成品厚度，而初軋壓下量在10%以下為宜。

2.4熱處理工藝的確定

有研究指出，當雙相不銹鋼的相比例在1：1左右時，其綜合性能較好，通過1000～1150℃固溶實驗，確定2205雙相不銹鋼熱處理溫度在1040～1080℃之間，這時其鐵素體含量在50%左右，抗拉強度在750Mpa左右，屈服強度520Mpa左右，耐晶間腐蝕（GB/4334.3-2000）性能0.13～0.16g（m2/h），而耐點蝕（GB/T 17897-1999）性能在4～8 g（m2/h），圖4是1080℃熱處理后顯微組織。

3.性能檢測

工業(yè)退火酸洗溫度控制在1040～1080℃，圖5是鐵素體含量在53%左右的2205雙相鋼顯微組織。圖6是2205雙相不銹鋼與304和316L力性能及耐腐蝕性能對比，從力學性能來看2205雙相不銹鋼的抗拉強度優(yōu)于304和316L奧氏體不銹鋼，屈服強度大概是304和316L的1.7倍，耐點蝕（GB/T 17897-1999）性能均優(yōu)于304和316L奧氏體不銹鋼，耐晶間腐蝕性能（GB/4334.3-2000）和304腐蝕性能相當，但優(yōu)于316L奧氏體不銹鋼（敏化處理）。

結(jié)論

通過嚴格控制冶金成分、Creq/Nieq當量比、鑄坯組織、微合金元素含量、內(nèi)部質(zhì)量、合理的熱加工工藝及退火工藝制度，成功研制出了2205雙相不銹鋼板卷。

參考文獻

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