热处理工艺对ZG06Cr25Ni7Mo2N材料组织和性能的影响

杨爱宁，冯周荣

（共享铸钢有限公司，宁夏 银川 750021）

0 引言

随着现代工业技术的发展，传统的奥氏体不锈钢暴露出它在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面的抗力不足，尤其是应力腐蚀引起的断裂，其危害性极大。双相不锈钢是根据这些存在的现象而研制开发的[1]。双相不锈钢一般是指在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，其中最少相的含量至少要达到30%的钢种[2]。

双相不锈钢ZG06Cr25Ni7Mo2N具有铁素体（α）加奥氏体（γ）相的两相组织结构，因而其性能兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。与铁素体不锈钢相比，双向不锈钢的塑韧性高、脆韧转变温度低，焊接性能显著提高，但仍保持了铁素体不锈钢的475℃脆性及导热系数高等特点；与奥氏体不锈钢相比，其强度较高，特别是屈服强度显著提高，且耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能都有显著的改善[3-4]。因此越来越受到人们的重视，在石油、天然气、化肥、造纸及食品设备等行业有很大的应用前景。

1 试验材料及方法

选用材料为ZG06Cr25Ni7Mo2N，其具有优异的抗应力腐蚀、点蚀和缝隙隧洞式腐蚀的能力,具体化学成分要求见表1，力学性能要求见表2。

表1 化学成分要求（质量分数，%）

表2 力学性能要求

2 试验材料的热处理工艺研究

根据材料ZG06Cr25Ni7Mo2N规定的化学成分和力学性能要求，主要研究不同的冷却速度、固溶温度材料的组织和力学性能要求。具体的热处理工艺方案见表3：

表3 热处理工艺方案

3 试验结果及分析

不同热处理工艺方案处理后性能检测结果见表4。

表4 试验结果

3.1 高温冷却速度对组织、性能的影响

将试样在1100℃固溶温度下保温4h，然后分别进行水冷却、盐水冷却和风冷，冷却速度对强度、冲击及金相组织中含量的影响如图1-3所示。

由图1、图2可知，在固溶温度1100℃、保温时间一定的条件下，该材料经水冷、盐水及风冷三种不同的冷却处理后，强度和室温冲击均呈下降趋势，且屈服强度和冲击降低明显，铁素体含量略有降低；因冷却速度不同，α相的比例发生变化，随冷却速度增大，α相发生转变的机会减少，材料中铁素体含量相对较多，风冷时因有极少量的二次奥氏体形成，因此冲击韧性略有降低。而水冷时由于冷却速度太快α相几乎不发生任何转变，因而冲击吸收功最高。

图1 冷却速度对强度的影响

图2 冷却速度对冲击和铁素体含量的影响

图3 冷却速度对相比例的影响（金相）

3.2 固溶温度对组织、性能的影响

将试样分别在1100℃、1080℃、900℃固溶温度下保温8h后在水中冷却，其力学性能和金相组织中含量如图4-6所示。

图4 固溶温度对强度的影响

图5 固溶温度对冲击和铁素体含量的影响

图6 固溶温度对相比例的影响（金相）

如上图所示，在900℃～1100℃之间，随固溶温度的提高，该材料的强度提高。早期的研究表明双相不锈钢的强度在很大程度上取决于铁素体相，而韧性取决于奥氏体相[5]。因此屈服强度随固溶温度的增加及铁素体含量的增加而增加，所以随着固溶温度的提高，α相的含量增加，屈服强度提高。而在900℃固溶处理时，材料脆断，拉伸试样无法加工，主要是由于该材料在850～950℃有σ相析出，它硬而脆，可以显著降低钢的塑性、韧性，特别对冲击性能降低明显[6]。

4 结语

ZG06Cr25Ni7Mo2N材料在固溶温度和保温时间一定时，随着冷却速度的降低，材料的屈服强度会降低。虽然水冷和盐水冷却室温冲击差异不大，但是通过与风冷比较，可以得出随着冷却速度的降低，由于材料中铁素体含量增加，室温冲击呈下降的趋势。在保温时间和冷却方式一定的条件下，固溶温度为900℃～1100℃时，随固溶温度的提高，材料的强度提高；且在900℃固溶处理时，材料脆断，有σ相析出，材料中铁素体含量较高。