AT25-6双相不锈钢脆裂缺陷分析

张海平

(重庆钢铁研究所有限公司,重庆400084)

AT25-6双相不锈钢脆裂缺陷分析

张海平

(重庆钢铁研究所有限公司,重庆400084)

通过对试样进行低倍试验和金相显微组织观察,对AT25-6铁素体奥氏体双相钢产生脆裂的原因进行了系统地分析和讨论。通过试验分析表明,铁素体基体上分布有较多的σ相是造成本次AT25-6铁素体奥氏体双相钢产生脆裂的主要原因。

双相钢;铁素体;奥氏体;σ相

1 引言

铁素体奥氏体不锈钢因为具有比奥氏体钢更好的屈服强度以及优良的抗应力腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀性能和良好的可焊接性等特点而在实际生产中得到广泛的应用,已经成为继奥氏体不锈钢之后一种更加优良的钢种。但这种钢由于成分波动、偏析,热处理工艺或操作不当等易产生脆裂现象。本所研制的AT25-6铁素体奥氏体双相不锈钢在某次冶炼的固溶处理后的电渣锭中发现部分钢锭有脆裂缺陷产生,故对其脆裂缺陷进行系统分析,查找其脆裂原因,以便为以后改进生产工艺提供科学的指导。

2 试验

2.1 低倍试验

根据GB/T226-1991标准将整个ϕ140mm的试样放入热盐酸中进行酸浸蚀15min～20min,然后洗净观察试样横切面。

2.2 显微组织分析

在低倍试验后的试样上切取两个试样(切取部位如图1所示),分别标为1#、2#,其中1#观察面为纵向,2#观察面为横向。经过磨制、抛光后用氯化高铁盐酸溶液擦拭试面,在金相显微镜下观察其组织情况。

图1 显微组织试样的切取示意图

3 分析及讨论

3.1 低倍观察及结论

通过低倍试验,发现在试样的横切面上出现了一条长约50mm～60mm的贯穿整个试样的成锯齿状的裂缝,并且整个试面肉眼可见粗大晶粒。为了进一步分析缺陷原因,我们对样品进行了显微组织观察。

3.2 显微组织分析及讨论

图2、3分别为试样1#、2#试样的局部金相显微组织图片,从图2、3中可以观察到奥氏体柱状晶分布在铁素体基体上,而且除了奥氏体和铁素体外,在明亮视场下还发现有较多的针状黑色异相出现。

为了进一步弄清针状相的真实面目,我们用高锰酸钾水溶液对其进行了染色试验。通过染色试验表明该双相钢的基体为铁素体,其上分布着奥氏体和彩虹色针状的σ相。通过观察发现铁素体面积占了整个试面的60%左右,且奥氏体分布不均匀,说明钢锭的固溶处理并未使其组织均匀化。通过对裂纹两端的组织观察发现裂纹穿晶而过(如图4所示),这说明裂纹并不是碳化物析出造成,因此判断脆裂缺陷主要是由σ相引起。

图2 1#试样局部显微组织(黑色为σ相) 400X

图3 2#试样局部显微组织(黑色为σ相) 800X

图4 局部裂纹周边显微组织 200X

σ相是一种铁与铬的金属间化合物FeCr型拓朴密排相,无磁性,硬而脆。该相的形成导致钢材在常温下脆化,也降低高温下的持久寿命。σ相在金相中常呈针状、块状、球状等,可分布在晶内也可分布在晶界[1]。σ相的出现与材料的化学成分、组织、加热温度、保温时间预先冷变形等因素有关。高铬铁素体钢形成σ相的倾向很大,在520℃～820℃之间长时间加热就容易出现σ相,但一般认为,含铬量低于20%的钢不易产生σ相,但当成分偏析较大造成局部含铬量较高,且有Mo、Mn等促进σ相形成的元素时使得σ相形成倾向明显加大[2];奥氏体铁素体复相钢的铁素体中也容易形成σ相,这是因为δ铁素体中富集的铬较多,而且铬在δ铁素体中的扩散又比在奥氏体中容易,因此,σ相易在δ铁素体中形核和长大[3]。

通过以上分析并结合生产实际工艺过程,本文中试样σ相的形成极有可能是由于以下两个原因造成:(1)由于铸锭形成时存在严重的枝晶偏析,那么枝晶间的区域Cr、Mo、Mn等元素含量较高,而电渣钢锭虽然在重熔过程中冷却速度较模铸钢锭快,但在钢锭中上部比底部钢锭冷却慢一些,经过σ相析出温度范围的时间比钢锭底长一些,使得铸锭中这些部位极可能存在较多的σ相。又由于固溶处理时,热处理温度不均匀,局部温度偏低,不足以使其成分组织均匀化,使σ相无法完全消除而残留于钢锭组织中;(2)电渣锭自身化学成分的偏析造成Cr、Mo、Mn等元素局部较高,使σ相形成倾向增大,并在固溶处理过程中冷却速度较慢或在σ相析出温度区间(550℃～950℃)一定时间的停留均可造成σ相析出。这种脆性相的存在实际上起到了割裂基体,阻碍了基体连续性的作用,促使裂纹、裂缝的形成和扩展。

4 消除σ相的探索

由于σ相的形成是一个可逆的过程,因此本文将上述1#样品在1 000℃～1 010℃固溶15min后用水快速冷却,样品经磨制、抛光、腐蚀后的显微组织如图5、6所示,从图中明显可以看出σ相的含量明显减少。这说明完全可以通过探索适当的固溶温度和保温时间,并经多次固溶处理后快速冷却而消除σ相。

图5 重新固溶处理后1#试样局部显微组织(黑色为σ相) 400X

图6 重新固溶处理后1#试样局部显微组织(黑色为σ相)800X

5 结论

通过低倍试验和金相显微组织观察系统分析了本次AT25-6铁素体奥氏体双相不锈钢脆裂缺陷形成的原因,它主要是由双相钢中σ相的存在而造成的脆裂。通过对工艺过程的分析,本次σ相的形成极可能是由于热处理过程不充分铸锭中残留的σ相和固溶处理时温度不均匀,局部温度偏低且冷凝速度缓慢σ相析出而造成。

[1] 沈保罗傅守默.双相耐热铸钢的σ相析出行为和脆化,铸造,1990,7.

[2] 宋维锡.金属学,冶金工业出版社,北京,2005.

[3] 王正樵吴幼林,等.不锈钢,化学工业出版社,1991.

Analysis of AT25-6 Duplex Stainless Steel

ZHANG Hai-ping
(Chongqing iron and Steel Research Institute Co.,Ltd.Chongqing 400084,China)

In this paper,the causes of brittle fracture of AT25-6 ferrite austenite dual phase steel were systematically analyzed and discussed by means of low-and-time test and microstructure observation.Through the test analysis showed that the ferrite matrix on distributed moreσphase is caused by the AT25-6 iron element austenite dual phase steel produce brittle fracture is the main reason.

dual phase steel;ferrite;austenite;σphase

TG142.7

:A

1001-5108(2015)06-0040-03

张海平,助理工程师,主要从事特钢冶炼技术方面的工作。