雙相不銹鋼與其他不銹鋼一樣，為滿足使用的機(jī)械性能和耐腐蝕性能的要求，應(yīng)當(dāng)依靠正確的熱處理來(lái)保證。

 雙相不銹鋼機(jī)械性能和耐腐蝕性能的改善，是通過(guò)改變雙相不銹鋼兩相的比例、兩相中合金成分及消除其他析出相來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雙相不銹鋼在不同的加熱溫度和不同的冷卻條件下，對(duì)兩相比例、兩相中合金成分和析出相均產(chǎn)生重要的影響。這就是確定雙相不銹鋼正確熱處理的主要依據(jù)。

一、加熱溫度與兩相比例的關(guān)系

 我們已經(jīng)知道，雙相不銹鋼在平衡狀態(tài)下的兩相比例主要與化學(xué)成分有關(guān)，即與鋼中鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量及其它們的比例系數(shù)P有關(guān)，P=Cr/Ni.所以，一般情況下，用P值來(lái)衡量雙相不銹鋼的兩相含量比，P值越大，說(shuō)明雙相不銹鋼中的鐵素體含量也越大。

 但是，雙相不銹鋼中兩相的比例還受鋼的加熱溫度的影響。

即P相同的雙相不銹鋼，在不同的溫度加熱后，有不同的兩相比例。見(jiàn)圖6-9。

圖6-9 中三種雙相不銹鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表6-4 。

從圖6-9可見(jiàn)，雙相不銹鋼隨加熱溫度的升高，奧氏體不斷減少，鐵素體不斷增加，當(dāng)加熱溫度超過(guò)1300℃時(shí)，某些雙相不銹鋼甚至可以變成單相鐵素體組織。

因此，為了調(diào)整雙相不銹鋼兩相組織具有理想的比例，應(yīng)控制合理的加熱溫度和保溫時(shí)間。

二、加熱溫度對(duì)兩相中合金成分的影響

  雙相不銹鋼兩相相對(duì)穩(wěn)定平衡時(shí)，合金元素在兩相中的含量也相對(duì)穩(wěn)定。但是，合金元素在兩相中的分配是不同的。一般的分配規(guī)律是，鐵素體形成元素，如鉻、鉬、硅等富集于鐵素體中；奧氏體形成元素，如鎳、氮、錳等富集于奧氏體中。

合金元素在不同的加熱溫度條件下，在兩相中的分配是不同的，而且，隨著溫度的升高，合金元素在兩相中的分配趨于均勻，即合金元素在鐵素體中的含量與在奧氏體中的含量的比值K趨向于1。見(jiàn)表6-5。

所以，選擇合理的加熱溫度，使兩相組織中有合適的合金元素含量，使每一相都具有較高的耐點(diǎn)腐蝕當(dāng)量值，可以保證雙相不銹鋼的耐腐蝕性能。

三、加熱和冷卻對(duì)雙相不銹鋼中析出相的影響

 雙相不銹鋼在加熱和冷卻過(guò)程中，除兩相比例、兩相中合金元素發(fā)生變化外，還有一些其他相，如碳化物相、氮化物相、金屬間相、二次奧氏體等的析出和溶解過(guò)程，見(jiàn)圖6-10。

  圖6-10表示一種雙相不銹鋼（約含21% Cr、7% Ni、2.5%Mo)經(jīng)1000~1050℃加熱后，含有30%~50%的鐵素體，再在不同溫度加熱后可能產(chǎn)生的析出相。有碳化物M₇C₃、M₂₃C₆,金屬間相σ、x、α'及R、π等，二次奧氏體γ₂.含氮的雙相不銹鋼還可析出氮化物CrN、Cr₂N.這些析出相的存在會(huì)對(duì)雙相不銹鋼的機(jī)械性能和耐腐蝕性能產(chǎn)生不利的影響。

1. 碳化物

  雙相不銹鋼，特別是大于0.03%碳的雙相不銹鋼，在低于1050℃溫度加熱、保溫時(shí)，在鐵素體和奧氏體相界面處將有碳化物析出。高于950℃時(shí)析出M₇C₃型碳化物，低于950℃時(shí)析出M₂₃C₆型碳化物。因?yàn)殡p相不銹鋼中，奧氏體中含碳高，鐵素體中含鉻高，所以，在奧氏體和鐵素體相界面上形核最容易、最多，在奧氏體與奧氏體相界面，鐵素體與鐵素體相界面上會(huì)形核和析出碳化物，只不過(guò)是析出量不如奧氏體與鐵素體相界面多而已。

  在析出的碳化物長(zhǎng)大的過(guò)程中，要消耗周圍的鉻，產(chǎn)生貧客區(qū)，即出現(xiàn)易腐蝕區(qū)。同時(shí)，有部分鐵素體由于鉻含量降低，還會(huì)轉(zhuǎn)變成二次奧氏體γ₂.

 當(dāng)然，隨著冶金技術(shù)的提高，一些超級(jí)雙相不銹鋼的含碳量可以控制在小于0.03%或更低。因此，在這類雙相不銹鋼中，碳化物析出量很少，并且雙相不銹鋼含鉻量又較高。所以，碳化物對(duì)雙相不銹鋼耐腐蝕性能的實(shí)際影響遠(yuǎn)小于在奧氏體不銹鋼中的影響。

 一旦在某些雙相不銹鋼中有碳化物析出，只要在固溶溫度保溫后快速冷卻，即可阻止碳化物的析出。

2. 金屬間相

由于雙相不銹鋼中含有較高量的鉻、鉬等金屬元素，所以，較易形成金屬間化合物，即金屬間相。

a. σ相

  雙相不銹鋼中的鐵素體中除了高的鉻元素外，還有鉬和鎳的存在，尤其是鉬擴(kuò)大了σ相的形成溫度范圍，縮短了σ相形成的時(shí)間，所以，雙相不銹鋼中σ相的形成比奧氏體不銹鋼更嚴(yán)重。試驗(yàn)研究表明，雙相不銹鋼中的σ相在950℃左右即可形成，而且在數(shù)分鐘之內(nèi)就可析出。

  根據(jù)對(duì)00Cr25Ni7Mo4N雙相不銹鋼的研究表明，σ相優(yōu)先在鐵素體－奧氏體－鐵素體相交點(diǎn)處形核，然后沿鐵素體－鐵素體晶界長(zhǎng)大。

  還有的研究認(rèn)為，在600~800℃溫度范圍，高鉻的鐵素體可發(fā)生共析分解，在部分奧氏體－鐵素體相界處析出M₂₃C₆型碳化物，這會(huì)引起鐵素體的貧鉻，又使奧氏體－鐵素體相界向鐵素體方向遷移，這部分貧鉻鐵素體可能轉(zhuǎn)變成二次奧氏體，在二次奧氏體的長(zhǎng)大過(guò)程中，使從其中釋放出的鉻轉(zhuǎn)移給附近的鐵素體相，這部分富鉻鐵素體有可能促進(jìn)σ相析出。這一復(fù)雜的σ相析出過(guò)程可以用圖解表示，見(jiàn)圖6-11。

  無(wú)論以何種方式析出形成的σ相，都會(huì)顯著降低雙相不銹鋼的塑性和韌性。并且，在σ相周圍會(huì)形成貧鉻區(qū)，成為影響雙相不銹鋼耐腐蝕性的原因之一。

  為了防止σ相的析出，應(yīng)在固溶溫度保溫后快速冷卻。

 b. x相

  雙相不銹鋼在600~900℃溫度范圍內(nèi)，可能沿奧氏體和鐵素體相界析出x相，相對(duì)于σ相，x相在較低的溫度范圍內(nèi)存在。x相也是一種富鉬、鉻的金屬間相，結(jié)構(gòu)式為Fe₃₆Cr₁₂Mo₁₀。x是硬而脆的相，對(duì)鋼的塑性和韌性產(chǎn)生不利的影響。x相屬高鉻、鉬金屬間相，其形成長(zhǎng)大過(guò)程中也必然產(chǎn)生周圍的貧鉻區(qū)，成為腐蝕源，降低鋼的耐腐蝕性。與x相相似，某些雙相不銹鋼還發(fā)現(xiàn)有R相，其也是富鉻、鉬金屬間相，也有與x相相似的不利作用。

  在雙相鋼使用中不希望x相、R相存在，應(yīng)通過(guò)固溶處理快速冷卻來(lái)消除。

 c. α'相

  雙相不銹鋼在400~500℃溫度區(qū)間也會(huì)表現(xiàn)出脆性，類似于鐵素體不銹鋼中的475℃脆性。雙相不銹鋼的這種脆性產(chǎn)生在鐵素體相中。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雙相不銹鋼中的這種脆性與α'相有關(guān)，并且確定α'相的產(chǎn)生是雙相不銹鋼中的鐵素體在這個(gè)溫度區(qū)間按照Spinodal分解機(jī)制發(fā)生的兩相分離的結(jié)果。鐵素體的分解形成了富鉻和富鐵的亞微觀尺度的原子偏聚區(qū)。這個(gè)富鉻的偏聚區(qū)被稱為。α相。這里對(duì)富鉻區(qū)的形成和解釋雖然與鐵素體不銹鋼中富鉻區(qū)及475℃脆性形成表述不同，但道理應(yīng)是相似的。

 α'相的存在對(duì)雙相不銹鋼的嚴(yán)重危害就是脆性。因雙相不銹鋼含碳比鐵素體不銹鋼含碳低，且含鉻高，所以，高鉻區(qū)的形成在耐腐蝕性方面的影響不明顯。

 為保證雙相不銹鋼有良好的塑性和韌性，應(yīng)采用正確的熱處理方式消除α'相。

  總之，雙相不銹鋼中的這些金屬間相對(duì)塑性和韌性，對(duì)耐腐蝕性均產(chǎn)生不利的影響。因此，在雙相不銹鋼的熱加工過(guò)程中，應(yīng)盡力避免它們的產(chǎn)生。一旦產(chǎn)生了，就應(yīng)通過(guò)重新加熱到正確的固溶溫度使之溶解，再采用快速冷卻的方式防止其再形成。

3. 二次奧氏體γ₂

  雙相不銹鋼中的兩相組織隨加熱溫度的升高而變化，當(dāng)溫度超過(guò)1300℃時(shí)，有些雙相不銹鋼可能全部為鐵素體組織，這時(shí)的鐵素體穩(wěn)定性差，在以后的冷卻過(guò)程中，在鐵素體晶界處會(huì)有部分鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體，這種奧氏體稱做二次奧氏體。依據(jù)冷卻速度不同，二次奧氏體的形成機(jī)制及形態(tài)也有所差別。

  在較高溫度下形成的二次奧氏體是以形核和長(zhǎng)大的方式完成的，屬擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高溫形成的二次奧氏體多在鐵素體的位錯(cuò)處形核，沿鐵素體亞晶界長(zhǎng)大，所以，在組織形態(tài)上具有魏氏組織特征。高溫形成的二次奧氏體與周圍的鐵素體相比，具有較高的含鎳量和較低的含鉻量，在基體中形成成分的不均勻性。

  在較低溫度范圍，如在300~650℃溫度區(qū)間形成的二次奧氏體具有非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變特征，屬馬氏體型的切變轉(zhuǎn)變。在自高溫水冷時(shí)，一般得不到這種二次奧氏體。

  再一種情況是在600~800℃溫度范圍，組織中析出σ相或碳化物時(shí)，在其周圍形成的富鎳貧鉻區(qū)也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎螉W氏體。所以，有的將這種二次奧氏體的形成方式歸類于鐵素體共析反應(yīng)，是共析反應(yīng)產(chǎn)物。

  無(wú)論是以哪一種方式形成的二次奧氏體，都會(huì)造成新的合金成分的不均勻性，給耐腐蝕性帶來(lái)不利的影響。

4. 氮化物

 在含氮的雙相不銹鋼中，由于氮在鐵素體中的溶解度很低，呈過(guò)飽和狀態(tài)。所以，自高溫冷卻時(shí)，可能有氮化物，如Cr₂N或CTN析出。氮化物本身對(duì)雙相不銹鋼的機(jī)械性能和耐腐蝕性能不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，但Cr₂N常常伴生二次奧氏體，這會(huì)引起局部成分的不均勻性，給耐腐蝕性帶來(lái)不利的作用。

 綜上所述，雙相不銹鋼熱處理的理論依據(jù)就是利用合金元素和碳化物或金屬間相在加熱時(shí)可溶解于基體中，而快冷不再析出的原理。這些內(nèi)容在本書(shū)前面各章節(jié)有論述，這里不再進(jìn)一步說(shuō)明。

 雙相不銹鋼的熱處理方式是加熱保溫后采用快速冷卻。從工藝過(guò)程看，完全相當(dāng)于奧氏體不銹鋼的熱處理，通常也稱固溶熱處理。

 這里需要說(shuō)明的一個(gè)問(wèn)題是，雙相不銹鋼的固溶熱處理相當(dāng)于奧氏體不銹鋼的固溶熱處理，或者說(shuō)適合于雙相不銹鋼中的奧氏體相部分，而與鐵素體不銹鋼熱處理存在著矛盾。在鐵素體不銹鋼熱處理部分曾經(jīng)指出，超過(guò)925℃以上并快速冷卻下來(lái)，可產(chǎn)生高溫脆性和晶間腐蝕，雙相不銹鋼之所以可以采用高溫固溶，是因?yàn)殡p相不銹鋼的含碳量遠(yuǎn)低于鐵素體不銹鋼，這一成分特征保證了固溶冷卻時(shí)不至于產(chǎn)生碳的合金化合物析出的后果，所以，雙相不銹鋼的鐵素體相不至于產(chǎn)生高溫脆性和晶間腐蝕。