太鋼雙相不銹鋼的發(fā)展及應(yīng)用

2.2.1 雙相不銹鋼控N及AOD爐氮?dú)夂辖鸹瘧?yīng)用技術(shù)

N在鋼中的加入方式有兩種，一是利用含氮鐵合金；二是通過吹氮?dú)?。通過對(duì)N在鋼中溶解和脫除規(guī)律以及不同元素對(duì)N在鋼中溶解規(guī)律影響的研究，建立AOD爐關(guān)于氮?dú)夂辖鸹刂芅含量的數(shù)學(xué)模型，預(yù)報(bào)不同成分雙相不銹鋼在一定溫度下的飽和溶解度，實(shí)現(xiàn)成品N含量在500～3200ppm之間的精確控制，控制精度為±50ppm。圖1就是S32750超級(jí)雙相不銹鋼冶煉過程N(yùn)含量的變化圖。

圖1 S32750冶煉過程的N含量變化

除了開展AOD爐氮?dú)夂辖鸹墓に囇芯?，太鋼還進(jìn)行了VOD冶煉含N雙相不銹鋼的工藝研究，通過調(diào)整主要合金成分，控制氮?dú)饬髁亢弯撍疁囟龋瑢?shí)現(xiàn)了N含量精確控制的同時(shí)，提高了鋼質(zhì)純凈度，降低生產(chǎn)成本，縮短冶煉時(shí)間。

2.2.2 鑄坯實(shí)物質(zhì)量控制

連鑄坯是目前雙相不銹鋼熱加工的主要原料,鋼質(zhì)純凈度與鑄坯低倍組織是反應(yīng)鑄坯質(zhì)量的主要指標(biāo)，也直接影響到材料的熱加工工藝（如熱加工裂紋）以及最終的產(chǎn)品使用性能（如耐腐蝕性），因此，獲得高質(zhì)量鑄坯對(duì)于雙相不銹鋼品種開發(fā)具有重要意義。以2205雙相不銹鋼為例，在鋼質(zhì)純凈度方面，通過選擇合理的脫氧工藝及去除夾雜的技術(shù)，鋼中的[O]≤15ppm，有害元素[S]≤0.002%，夾雜物數(shù)量減少，夾雜物尺寸明顯減小，對(duì)應(yīng)1.0mm的冷軋板材夾雜物評(píng)級(jí)，四類夾雜物均為0.5級(jí)。

在鑄坯低倍組織控制方面，在連鑄過程通過采取低的過熱度、二冷水弱冷，同時(shí)投入電磁攪拌，取得了非常理想的效果，與單相奧氏體、單相鐵素體不銹鋼相比，柱狀晶較細(xì)，鑄坯等軸晶比例達(dá)70%以上（圖2），這為后步的熱加工奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖2 投入電磁攪拌鑄坯低倍組織

雙相不銹鋼一般含有較高的N，鑄坯容易形成皮下氣泡，特別是低Ni高N的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼，氣泡產(chǎn)生的敏感性更強(qiáng)。通過研究雙相不銹鋼的凝固相變特點(diǎn)，分析了凝固過程中合金元素和壓力對(duì)氮溶解度的影響規(guī)律，并在生產(chǎn)中對(duì)成分、澆鑄溫度進(jìn)行合理控制，避免了鑄坯皮下氣泡。

2.2.3 雙相不銹鋼的熱塑性研究

雙相不銹鋼是奧氏體、鐵素體兩相共存，而兩相的組織結(jié)構(gòu)不同，軟化機(jī)理也不同，在熱變形時(shí)由于兩相化學(xué)元素分布不同、應(yīng)力分配不均而發(fā)生不協(xié)調(diào)變形，最終導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。通常認(rèn)為鐵素體具有較高的層錯(cuò)能，高溫時(shí)位錯(cuò)的攀移和交滑移容易發(fā)生，因此鐵素體只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)而不發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，而奧氏體能則通過動(dòng)態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行軟化。因此，與單相奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的熱加工相比，控制難度大，工藝復(fù)雜。以2205為例，吳玖教授通過借助Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)、掃描、透射、X-衍射等工具對(duì)雙相不銹鋼鑄坯熱變形過程進(jìn)行微觀分析，發(fā)現(xiàn)如下特征（見圖3），對(duì)制定正確的熱塑性控制工藝具有重要意義。

1）整個(gè)熱變形過程，α相的軟化程度和軟化速度均高于γ相；而且鐵素體晶粒發(fā)生了動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，位錯(cuò)在晶界聚集形成位錯(cuò)墻，導(dǎo)致小角度的亞晶出現(xiàn)。

2）在α相內(nèi)析出具有面心立方結(jié)構(gòu)的γ＇相，呈彌散的顆粒狀分布，使α相得到強(qiáng)化，從而使從α相向γ相的應(yīng)變轉(zhuǎn)移趨于均勻，提高了鋼的熱塑性。

3）隨溫度增加，α相比例提高到60%，此時(shí)γ相以圓角狀形式均勻存在，熱塑性增加；但α相晶粒急劇長大，會(huì)導(dǎo)致熱塑性降低。

（a）鐵素體的動(dòng)態(tài)回復(fù)形貌

（b）鐵素體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形貌

（c）α相上分布的γ＇

（d）γ相電子衍射結(jié)果

圖3 2205雙相不銹鋼熱變形組織轉(zhuǎn)變

2.2.4 熱處理工藝控制技術(shù)

雙相不銹鋼含有較高的Cr、Mo以及50%左右的鐵素體，熱處理會(huì)經(jīng)過多個(gè)有害中間相的轉(zhuǎn)變，其中危害最大的就是σ相，它使鋼的塑韌性降低，嚴(yán)重惡化耐蝕性能。因此熱處理制度的選擇必須嚴(yán)格遵守以下兩條：一是避免在有害相析出的敏感區(qū)熱處理；二是熱處理后的快速冷卻。合金含量的不同，直接影響到雙相不銹鋼在熱處理過程中的有害相的析出行為，這里既包括有害相的種類，如σ相、Cr2N、Lavis等，又包括析出相的不同溫度區(qū)間。通過對(duì)不同合金的系列雙相不銹鋼熱處理過程中組織轉(zhuǎn)變行為及對(duì)性能的影響規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)低Ni、低Mo的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼對(duì)低溫Cr2N的析出敏感，而對(duì)σ相的析出不敏感；而中合金及超級(jí)雙相不銹鋼，由于Cr、Mo含量相對(duì)較高，因此，σ相析出的敏感性強(qiáng)，穩(wěn)定存在的溫度范圍寬，穩(wěn)定存在的上限溫度高（圖4）。因此，針對(duì)不同成分的雙相不銹鋼，熱處理制度也不同。

圖4 不同成分雙相不銹鋼的TTT曲線

這里列出了典型的2205雙相不銹鋼不同熱處理制度下的組織性能對(duì)比，見表2。

從上述結(jié)果可以看出，2205經(jīng)過850℃熱處理，較1050℃熱處理后的延伸率、沖擊韌性大幅度降低。從金相組織分析，前者除了α、γ外，還有大量第二相析出；通過XRD衍射分析，前者可以看到非常明顯的標(biāo)志σ相的特征峰。通過透射電子衍射，測(cè)得基體和析出相的衍射斑，與標(biāo)準(zhǔn)花樣進(jìn)行對(duì)照得出基體為體心立方點(diǎn)陣的鐵素體，析出相為四方結(jié)構(gòu)的σ相。此外，太鋼圍繞雙相不銹鋼在高效酸洗、焊接、成型、雙相不銹鋼復(fù)合板制備、大直徑雙相不銹鋼鍛件等方面開展了相關(guān)的技術(shù)工作，解決了含Mo雙相不銹鋼帶鋼的酸洗速度慢、冷板沖壓開裂以及復(fù)合板熱處理、鍛件的中心縮孔等難題，同時(shí)還為用戶提供了配套的焊接技術(shù)服務(wù)。