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总体概况
图2为2507在1030 °C ~1200 °C范围不同固溶温度处理2h后的微观组织形貌图.从图中可以清晰地看出长条型的奥氏体相(浅色)分布在深色的铁素体矩阵中,为典型双相不锈钢轧制面微观组织形貌。温度越高,铁素体的含量越多,晶粒尺度越大。通过定量金相法获得各温度处理后试样的铁素体含量。图3为铁素体含量随着固溶处理温度的变化曲线。随着温度升高,铁素体含量从44%(1020 °C)增加到63%(1200 °C)。伴随着两相比例变化,主要合金元素 (Cr, Mo, Ni, N) 势必会在两相重新分配,通过EDX能谱分析得到了主要合金元素在两相的含量如表1所示。由于氮在铁素体相的溶解度极低,超出EDX能谱灵敏度,所以氮在两相的含量通过计算近似估计。具体方法是假定氮元素在铁素体相溶解达到饱和量0.05%,剩余全部溶解在奥氏体相。从表中我们可以清晰的看到合金元素铬和钼富集在铁素体相,而镍和氮富集在奥氏体相。随着退火温度升高,铁素体相中铬钼含量下降,镍含量增加;奥氏体相中的铬钼随着退火温度升高基本不变,稍微升高。铁素体相铬钼含量下降的原因是温度升高,铁素体相的含量增多,铁素体内部原有的铁素体形成元素铬和钼分布到一个更大体积内而被稀释了。
图 2 2507经不同温度固溶处理2 h后的微观组织形貌:(a)1030 °C,(b)1050 °C,(c)1080 °C,(d)1100 °C,(e)1150 °C,(f)1200 °C
图 3 2507中铁素体含量与固溶处理温度的关系曲线
图 4 不同温度固溶处理2507CPT测试曲线
固溶时间:2小时,CPT测试条件:1mol/LNaCl溶液 750mV
图4为不同高温固溶处理2507双相不锈钢典型的临界点蚀温度(CPT)测试曲线,测试条件是采用ASTM G150标准条件,测试溶液为1.0 mol/L NaCl, 升温速率1.0 °C/min,CPT定义为电流密度达到100 μA/cm2对应的溶液温度。从CPT曲线可以看出,在升高溶液温度初始阶段,电流密度低于1 μA/cm2,这对应的是双相钢钝化态,表面被一层致密的钝化膜保护着。随着温度的升高,电流密度出现一些波动,这是由于亚稳态点蚀萌生发展和再钝化导致的。溶液温度继续升高到CPT时,电流密度持续迅猛增加而不跌路到钝化态,表明双相不锈钢表面发生了稳态点蚀。从图4中可以得到不同的固溶温度下处理2 h的2507试样的CPT值,将CPT与固溶温度作图如图 3-69中所示。当固溶温度从1030 °C升高1080 °C,CPT从86 °C升高到96 °C,达到最大值,继续升高固溶温度,CPT开始下降;当固溶温度升至1200 °C时,CPT降到最小值79 °C.随着固溶温度的升高,2507的CPT是先增加后降低。1080 °C是最佳的高温固溶处理温度,此时CPT最高,耐点蚀性能最好。
图 5 不同温度固溶处理2507点蚀形貌图a. 1030 °C, b. 1080 °C, c. 1100 °C, d. 1200°C
亚稳态点蚀反映点蚀的发展初级阶段,能显示出多相组织中耐蚀性薄弱相。不同温度下固溶处理2507试样的典型点蚀形貌如图5所示,从图中可以看出在1030 °C时,点蚀发生在奥氏体相,说明奥氏体相较弱;当固溶温度为1080 °C,点蚀发生铁素体与奥氏体相界处;当固溶温度为1100 °C,点蚀转移到铁素体相, 这说明铁素体相较弱;在1200 °C固溶处理的试样表面,点蚀仍然是发生在铁素体相;上述点蚀形貌可以看出随着固溶温度升高,点蚀从奥氏体相向铁素体相转移的过程,这说明低温固溶处理后,奥氏体相是弱相;高温固溶处理后,铁素体相是弱相;在1080 °C时,两相等强,由于两相相界能量相对较高,点蚀发生相界处。
根据各种主要合金元素在两相的含量,计算出两相的PREN值。两相的PREN随着固溶处理温度关系图如图6所示。从图中可以看出铁素体相PREN在较低固溶处理温度时高于奥氏体的PREN(在1030~1080 °C之间),随着固溶温度的升高,由于铁素体相铬钼含量下降,铁素体相PREN下降;而奥氏体因为氮含量随着固溶温度升高而增加,其PREN逐渐升高。在1080 °C固溶处理时,两相的PREN最接近,而当固溶温度继续增加到1100 °C,这时奥氏体相的PREN超过铁素体。1080 °C左右是一个转折点,在1080 °C之前,奥氏体相的PREN低, 所以奥氏体相是弱相,这与图 3-68a非常一致,点蚀发生在奥氏体相;在1080 °C之后,铁素体相的PREN低,所以铁素体相是弱相,点蚀应该发生在铁素体相,图5cd的点蚀形貌很好的说明这一点。在1080 °C,两相的PREN非常接近表明两相耐蚀性差别非常小,所以点蚀既可以在铁素体又可以在奥氏体相发生,但由于相界是能量较高更活跃的位置,所以点蚀发生在相界处,如图 3-68b所示。观察图 3-69中的CPT曲线与弱相的PREN曲线,可以非常清晰的看出两者非常的一致,进一步说明了双相不锈钢的点蚀机制,点蚀由PREN低的一相决定。
图 6 铁素体与奥氏体两相PREN及CPT随固溶温度变化曲线