吳明華，唐明琦，馮惠偉，莫琪芬，連阿二，張宇鋒，侯樂云，楊鴻飛

（永興特種不銹鋼股份有限公司，浙江 湖州 313005）

超級雙相不銹鋼S32750是第三代雙相不銹鋼的典型代表，其耐點蝕當(dāng)量PREN值可達到42，因而耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)良［1-2］。S32750適用于較為苛刻的應(yīng)用介質(zhì)環(huán)境，因此在石油、化工和海洋環(huán)境工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

S32750超級雙相不銹鋼無縫鋼管可采用熱擠壓+冷軋工藝制造，但因成本較高，故國內(nèi)企業(yè)多采用管坯經(jīng)二輥斜軋熱穿孔+冷軋制造工藝生產(chǎn)，其優(yōu)勢是成材率高、效率高、成本低［3-5］。由于雙相鋼兩相的強度、塑性的不同以及變形行為的差異，不恰當(dāng)?shù)臒峒庸すに嚂?dǎo)致在相界產(chǎn)生裂紋，致使材料熱塑性下降［6-7］，故熱穿孔工藝對材料的熱塑性要求遠高于熱擠壓工藝［8-10］。因此，研究雙相不銹鋼管坯的熱塑性對順利實現(xiàn)穿孔變形具有重要的意義［11］。采用熱模擬試驗方法對S32750超級雙相不銹鋼管坯的熱塑性進行研究，以獲取該鋼種穿孔變形合理的熱塑性溫度區(qū)間和高溫變形抗力數(shù)據(jù)，為S32750超級雙相不銹鋼管坯熱加工工藝的制定提供理論依據(jù)。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料和試樣

試驗用S32750超級雙相不銹鋼管坯采用邊長260 mm鋼錠（質(zhì)量約600 kg）軋制，管坯規(guī)格為Φ65 mm，其化學(xué)成分見表1。

按照熱模擬試驗要求，使用線切割機沿軋制方向在軋制管坯1/2半徑處切割Φ12 mm×130 mm圓棒樣品，再經(jīng)車床加工成試樣若干件，試驗用試樣如圖1所示。

表1 S32750超級雙相不銹鋼管坯的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） %

圖1 試驗用試樣

1.2 試驗方法

采用Gleeble 1500熱模擬試驗機對上述加工好的試樣進行試驗，試樣以15℃/s升溫到拉伸溫度，保溫480 s，試驗溫度分別為900，950，1 000，1 050，1 100，1 120，1 140，1 160，1 180，1 200，1 220，1 250，1 280℃共13個溫度點，為了更接近實際生產(chǎn)工況，以1.5 s-1的較大的應(yīng)變速率進行拉伸，直到試樣斷裂，然后立即對試樣進行淬水，以獲取S32750超級雙相不銹鋼管坯熱塑性變化規(guī)律，試驗用試樣的加熱制度如圖2所示。

圖2 試驗用試樣的加熱制度

另取樣將Φ12 mm×130 mm圓棒樣品余料截成數(shù)段，試樣在Gleeble 1500熱模擬試驗機上以15℃/s升溫到前面所述13個溫度點，保溫480 s，不經(jīng)拉伸，試樣快速淬水，進行固溶處理，進一步了解不同溫度下試樣鐵素體分布及含量情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱塑性曲線

試樣拉伸斷裂后，計算斷面收縮率和抗拉強度，熱模擬試驗結(jié)果見表2，熱塑性曲線如圖3所示。

表2 熱模擬試驗結(jié)果

圖3 S32750超級雙相不銹鋼管坯熱塑性曲線

從表2和圖3可以看出，材料的抗拉強度隨著溫度的升高而降低，溫度從900℃升高至1 050℃，抗拉強度下降幅度較大，超過1 050℃后抗拉強度下降較慢，1 280℃時抗拉強度降為33.6 MPa。

1 050～1 250℃，試驗材料斷面收縮率均在93.0%以上，在1 200℃時，最高為98.3%。在1 100～1 250℃，材料不僅擁有斷面收縮率高于95.0%的熱塑性，同時材料高溫抗拉強度相對較低，變形抗力較小。

2.2 斷口形貌

結(jié)合熱塑性結(jié)果，選取900，1 000，1 050，1 100，1 140，1 200，1 250，1 280℃共8個溫度點的拉伸斷口試樣，采用掃描電鏡對試樣斷口進行觀察，試樣宏觀形貌和斷口形貌如圖4～5所示。

圖4 S32750試樣宏觀形貌

圖5 S32750試樣斷口形貌

900，1 000，1 050，1 100，1 140，1 200 ℃斷裂試樣均呈現(xiàn)杯錐狀，斷口存在大量韌窩，韌窩大小較為均勻，1 250℃斷裂試樣韌窩主要在中心，900℃斷裂試樣韌窩細小，而1 000，1 050，1 140，1 200，1 250℃斷裂試樣斷口韌窩更深，表現(xiàn)出更好的熱塑性，與實際結(jié)果吻合。在1 280℃時試樣斷口呈結(jié)晶狀，未發(fā)現(xiàn)韌窩，為典型的沿晶斷口特征，說明在該溫度下材料產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，晶粒較為粗大，晶界結(jié)合力下降，故抗拉強度下降至33.6 MPa，斷面收縮率下降到64%，材料熱塑性較差。

2.3 鐵素體含量

結(jié)合熱塑性曲線，對1 050，1 100，1 140，1 180，1 220，1 280℃共6個溫度點相同加熱制度下不經(jīng)拉伸的試樣進行鐵素體含量測試。分別對試樣進行研磨拋光后，使用鐵氰化鉀+KOH+水混合溶液煮沸浸蝕烘干后，使用ZEISS Axiovert 40 MAT倒置萬能材料顯微鏡對試樣進行金相組織觀察，分別隨機取5個視場，利用MIAPS圖像分析軟件，采用網(wǎng)格截點法測試鐵素體含量。同時采用熱力學(xué)軟件（JMatPro）計算該試驗材料高溫下鐵素體含量的理論值，鐵素體含量實測值和理論計算結(jié)果見表3，如圖6所示，鐵素體形貌如圖7所示。

表3 S32750在不同溫度下固溶處理后鐵素體含量

圖6 在不同溫度下固溶處理后S32750鐵素體含量

由表3和圖6可以看出S32750超級雙相不銹鋼在高溫下鐵素體含量變化情況，高溫下實測值與熱力學(xué)軟件計算理論值趨勢較為接近，均隨著加熱溫度的不斷提高，鐵素體含量呈明顯增加趨勢，相比較來說，實測值總體偏高一些。試樣1 100～1 220℃時鐵素體含量實測值為57.5%～67.3%，對應(yīng)的斷面收縮率在95.0%以上，表現(xiàn)出良好的熱塑性，但隨著溫度的繼續(xù)提高，在1 280℃時，鐵素體含量高達81.4%，斷面收縮率下降至64.0%。這是因為隨著鐵素體含量繼續(xù)增加，而加熱溫度過高，發(fā)生晶粒粗化，致使材料熱塑性下降［12］。

從圖7可以看出，在1 050℃時，鐵素體呈細條帶狀，分布較為均勻，但是隨著加熱溫度不斷升高，鐵素體條帶漸漸變寬，鐵素體含量逐漸增加，特別是到1 280℃時，鐵素體由原先的條帶狀變成了大塊狀，幾乎布滿了整個視場。

圖7 不同加熱溫度下S32750超級雙相不銹鋼鐵素體組織（深色為鐵素體，淺色為奧氏體）

3 結(jié) 語

（1）S32750管坯熱塑性較理想的溫度范圍在1 050～1 250℃，在1 200℃時，斷面收縮率最高可達98.3%；但隨著加熱溫度的升高，其抗拉強度逐漸下降，在1 100～1 250℃，材料抗拉強度41.4～82.9 MPa，強度較低，變形抗力較小。

（2） 900，1 000，1 050，1 100，1 140，1 200℃斷裂試樣斷口存在大量較為均勻的韌窩，1 250℃斷裂試樣韌窩主要在中心，900℃斷裂試樣韌窩細小，1 000，1 050，1 100，1 140，1 200，1 250℃斷裂試樣斷口韌窩更深，表現(xiàn)出較好的熱塑性，1 280℃時試樣斷口呈結(jié)晶狀，為典型的沿晶斷口特征，材料熱塑性較差，與測得斷面收縮率變化趨勢是一致的。

（3）隨著加熱溫度的升高，S32750管坯鐵素體含量逐漸增加，在不同高溫溫度下固溶處理后鐵素體實測值與熱力學(xué)軟件計算值接近，趨勢相同。在1 100～1 250℃，對應(yīng)的鐵素體含量60%～70%。

（4）考慮到熱穿孔加工過程中頂頭和內(nèi)壁的升溫，S32750穿孔坯料較合適的爐內(nèi)加熱溫度建議控制在1 100～1 180℃。