李貴波，馬正偉

（1 青島浦友精密金屬有限公司，山東 青島 266555；2 山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 256414）

1 前言

雙相不銹鋼2205 組織中奧氏體與鐵素體的體積比約為1∶1，因而兼?zhèn)淞藠W氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于海洋運輸和石油化工等領(lǐng)域［1-3］。與其他類型不銹鋼相比，雙相不銹鋼2205 在高溫環(huán)境下容易產(chǎn)生各種金屬間化合物，如σ 相、氮化物等。已有研究表明［4］，這些析出相將嚴重影響不銹鋼的塑性、韌性和耐腐蝕性能，從而影響材料加工的成材率和合格率，降低了工件的使用壽命。本文通過分析雙相不銹鋼2205 線材拉拔斷裂，找到斷裂原因，為改善材料的加工性能提供依據(jù)。

2 試驗方法及結(jié)果

2.1 斷口宏觀形貌觀察及樣品信息搜集

原材料規(guī)格為Φ5.5 mm，圖1a為加工后兩個規(guī)格的斷裂樣品，分別為Φ3.65 mm、Φ2.65 mm，根據(jù)變形量計算公式（πR2-πr2）/πR2×100%，得出這兩種規(guī)格的材料冷拔變形量分別為55.96%、76.79%?，F(xiàn)場拉拔道次與變形量如下：Φ5.5 mm→Φ4.5 mm→Φ3.65 mm→Φ3.3 mm→Φ2.65 mm→Φ2.5 mm。圖1b 中斷口形貌所示斷口顏色呈銀灰狀，表面部分與中心呈臺階狀，有兩個臺階的則表面部分對稱高出，此時中心部位是平的，而非像抽出筆尖形成的凹坑狀。

圖1 宏觀形貌圖片

2.2 化學(xué)成分分析

截取試樣，磨平后在SPECTROLAB M10 型光電直讀光譜儀檢測其化學(xué)成分，結(jié)果見表1。由表1可以看出，測量值符合控制標準的要求，Cr、Mo含量偏控制標準的上限。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

2.3 金相分析

制作標準金相試樣在Axio Imager Aim 型金相顯微鏡下觀察微觀組織形貌。試樣的制備、試樣研磨、試樣的浸蝕、顯微組織檢驗、顯微照相，參照GB/T 13298—91《金屬顯微組織檢驗方法》。

2.3.1 夾雜物分析

圖2 所示鋼中夾雜物C 類0.5 級，數(shù)量極少，沒有其他類型夾雜物存在。

圖2 夾雜物形貌100×

2.3.2 組織形貌

通過圖3 可以看出組織為A+F，相比例在50%左右，兩相組織在縱向均呈拉長狀態(tài)，橫向顯示在兩相的相界上有大量黑色物質(zhì)聚集，縱向顯示黑色物質(zhì)大多數(shù)在奧氏體上。

圖3 組織形貌

2.4 掃描電鏡（SEM）分析

取斷口在蔡司EVO-18 掃描電鏡下觀察斷口形貌，并采用能譜儀做微區(qū)化學(xué)成分。通過圖4和圖5可以看出，斷口處有大量韌窩存在且部分韌窩有撕裂的痕跡，同時韌窩的底部和周圍沒有非金屬夾雜物等。圖6和圖7顯示橫截面沿著相界的黑點和縱向在奧氏體上的大量聚集的黑色物質(zhì)在SEM下有的已經(jīng)被腐蝕劑腐蝕掉，有些仍在界面處，這些黑色物質(zhì)的成分見圖7 的譜圖1，黑色物質(zhì)為2205不銹鋼在一定的溫度和環(huán)境下析出的Fe-Cr-Mo的金屬間化合物。

圖4 斷口形貌

圖5 斷口撕裂SEM形貌

圖6 黑點處SEM形貌

圖7 能譜成分

2.5 熱處理后金相組織和掃描電鏡分析

取樣品進行1 100 ℃+10 min的固溶處理后，做金相組織分析和掃描電鏡分析。通過圖8和圖9可以看出，經(jīng)過固溶處理后，金相組織和SEM 分析均未發(fā)現(xiàn)原來的黑色物質(zhì)，在SEM下看到鐵素體和奧氏體晶界分明的棱線，說明經(jīng)過固溶處理后，F(xiàn)e-Cr-Mo金屬間化合物已經(jīng)分解。

圖8 組織形貌

圖9 SEM形貌

3 討論

（1）通過化學(xué)成分分析，測量值符合控制標準的要求，Cr、Mo 含量偏控制標準的上限，這樣更容易形成金屬間化合物。

（2）通過金相分析和斷口的掃描電鏡分析，可以確定拉拔后在材料內(nèi)部形成沿著A-F相界撕裂，從斷口的宏觀分析看，這種斷裂屬于韌性斷裂。

（3）根據(jù)金相和能譜結(jié)果表明，斷裂樣品組織中存在金屬間化合物為Fe-Cr-Mo 脆性化合物，該化合物嚴重影響材料的塑性和韌性，材料的塑性和韌性急劇下降從而導(dǎo)致開裂。

（4）對拉拔后樣品進行固溶處理后，金相組織和SEM 分析均未發(fā)現(xiàn)黑點相，金屬間化合物消失，說明可以通過熱處理來解決拉拔斷裂的問題。

（5）雙相不銹鋼2205 在250～1 000 ℃溫度范圍內(nèi)等溫時效或不正確熱處理以及加工過程中不正確冷卻時會出現(xiàn)二次相（富鉻富鉬的脆性相），該物質(zhì)的存在容易導(dǎo)致材料開裂；另外，雙相不銹鋼2205較高的屈服強度是奧氏體不銹鋼的2倍，冷加工及冷成型性能較奧氏體不銹鋼差許多，加工硬化速率大，一般深沖、深拉、旋壓等要比奧氏體不銹鋼困難，易冷作硬化，一般冷變形超過20%，需要考慮固溶退火處理。

4 結(jié)語

雙相不銹鋼2205 線材熱軋后，冷卻過程中產(chǎn)生Fe-Cr-Mo 脆性金屬間化合物，冷加工前沒有進行固溶處理使金屬間化合物固溶到基體中，從而導(dǎo)致材料的塑性降低，在冷拔力的作用下產(chǎn)生斷裂。