2507雙相不銹鋼的性能與金相組織

孔秋元，方煜欽

（1.廣西輝煌耐磨技術(shù)股份有限公司，廣西 柳州 545005；2.廣西方鑫技術(shù)有限公司，廣西 柳州 545006）

2507雙相不銹鋼由歐洲材料研究人員開發(fā)，憑借著其兼有鐵素體不銹鋼的高強度、奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性、相對低廉的價格等優(yōu)點，以及人們對抵抗日益惡劣腐蝕環(huán)境材料的需求，而迅速發(fā)展；廣泛應(yīng)用于脫硫、脫碳、污水處理廠、化工廠等富含氯離子、CO2、H2S、稀硫酸等惡劣腐蝕的環(huán)境中。

雙相不銹鋼是指鐵素體和奧氏體各占50%，最小相含量也要達到30%的不銹鋼。2507雙相不銹鋼由于Cr、Ni、Mo含量的合理配比，加之N元素對奧氏體的強化作用，顯著提高了合金的屈服強度和耐腐蝕性能。

1 2507雙相不銹鋼的主要性能

1.1 2507雙相不銹鋼的化學(xué)性能

2507雙相鋼與361L奧氏體鋼、00Cr12鐵素體鋼的化學(xué)成分對比見表1。

表1 2507雙相鋼與361L奧氏體鋼、00Cr12鐵素體鋼的化學(xué)成分對比

不銹鋼的合金元素中，Cr是最重要的元素，由于Cr形成的致密、穩(wěn)定的Cr2O3薄膜的保護，阻止了介質(zhì)對金屬基體的繼續(xù)滲入腐蝕，所以，鋼中如果含Cr量達5%，就顯示出一定的耐腐蝕作用。但不是所有含Cr的鋼都可以作不銹鋼使用，依據(jù)腐蝕的電化學(xué)理論，為了提高鋼的電極電位，把Cr加入到鐵基固溶體中時，只有鉻含量達到一定濃度，腐蝕也因此而減弱，鋼的耐腐蝕性能才會明顯提高。

12.5%*Cr原子量/Fe原子量=12.5%*52/55.8=11.7%。

這個11.7%的Cr含量就是構(gòu)成不銹鋼中鉻量的最低界限，亦即鋼中Cr含量高于這個界限才可稱為不銹鋼。隨著腐蝕介質(zhì)條件的不同，有時鋼中的Cr含量還要提高，如在氧化性較強的介質(zhì)中，Cr含量要高于16%的鋼才會有明顯的鈍化能力，如化工設(shè)備常用316L鋼，但在惡劣腐蝕環(huán)境下，通常選擇2507鋼作為設(shè)備材料。

1.2 2507雙相不銹鋼的機械性能

2507雙相鋼與316L奧氏體鋼、00Cr12鐵素體鋼的機械性能對比見表2。

表2 2507雙相鋼與316L奧氏體鋼、00Cr12鐵素體鋼的機械性能對比

從表2可以看出，2507雙相不銹鋼的合金元素含量不是很高，但機械性能總體遠高于普通奧氏體（316L）、鐵素體不銹鋼（00Cr12），因為它兼具奧氏體鋼的韌性和鐵素體鋼的強度，而且抗腐蝕性能好，所以在現(xiàn)代工業(yè)中得到迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用。

1.3 2507雙相不銹鋼的耐腐蝕性能

不銹鋼的耐腐蝕性能可以用抗腐蝕當量來衡量，其PREN值（抗腐蝕當量，PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%）越大，抗腐蝕性能越強。

2507雙相不銹鋼與常用不銹鋼耐腐蝕性能對比見表3。由表3可以看出2507鋼合金成分不是很高，但抗腐蝕當量較高，耐腐蝕性能也較高，在非常惡劣的腐蝕環(huán)境下，必須使用鎳基合金或鈦合金等昂貴的金屬材料時，2507雙相不銹鋼的出現(xiàn)提供了一種相對低廉的選擇，且具有更好的綜合性能和發(fā)展前景。

表3 2507雙相不銹鋼與常用不銹鋼耐腐蝕性能對比

2 合金元素對2507雙相不銹鋼組織和性能的影響

2507雙相不銹鋼相比例的影響主要取決于鋼中合金元素的配比，提高Cr、Mo、Si含量有利于鐵素體的形成，屈服強度也隨之提高；提高Ni、Mn、N等元素的含量，有利于奧氏體的形成，塑性和沖擊韌性顯著增強；N的作用尤為顯著，同時N元素能夠以間隙方式嵌入晶格中，形成間隙固溶體，其固溶強化作用又可以顯著提高抗拉強度和屈服強度。2507雙相鋼與1.4468雙相鋼、2605N雙相鋼的成分含量見表4。

由表4、圖1可以看出，在相同的生產(chǎn)工藝條件下，2507鋼的Ni、N元素含量最高，鐵素體含量最低；2605N鋼的Ni、N元素最低，鐵素體含量最高（鐵素體-褐色，奧氏體-白色）。2507鋼合理的元素配比，使得鐵素體和奧氏體各占50%左右，且分布均勻，其綜合性能也相對較好。

表4 2507雙相鋼與1.4468雙相鋼、2605N雙相鋼的成分含量

圖1 2507雙相鋼與1.4468雙相鋼、2605N雙相鋼的金相組織

3 熱處理工藝對2507雙相不銹鋼組織和性能的影響

3.1 2507鋼鑄態(tài)下的金相組織

2507雙相不銹鋼鑄件在鑄態(tài)下，由于存在粗大的板條組織、σ相及碳化物析出、塑性和耐腐蝕性不高的情況，所以2507雙相不銹鋼要熱處理后才能使用（圖2）。

圖2 2507鋼鑄態(tài)下的金相組織

3.2 熱處理溫度對2507鋼金相組織和性能的影響

2507鋼熱處理溫度與鐵素體含量的關(guān)系如圖3所示。較高的固溶溫度有利于碳化物的溶解，隨著固溶溫度的提高，鐵素體含量會明顯增加，當溫度過高時，甚至變?yōu)閱我坏蔫F素體相。

圖3 2507鋼熱處理溫度與鐵素體含量的關(guān)系

3.3 冷卻方式對組織和性能的影響

冷卻速度對于雙相不銹鋼的相比例和耐腐蝕能力具有重要影響，在循環(huán)水中急速冷卻有利于保持合理的鐵素體-奧氏體比例，并防止σ相、碳化物和氮化物的析出。

由圖4可以看出，2507鋼慢速冷卻（850～950℃）容易形成σ相（鐵素體相上的黑點），出現(xiàn)脆性；所以應(yīng)該在循環(huán)水中急速冷卻，避免σ相、碳化物、氮化物析出，從而保持2507鋼的塑性和耐腐蝕能力；熱處理溫度不能高過（1 200℃），否則鐵素體面積大幅上升，抗腐蝕性能與機械性能顯著下降。

圖4 2507鋼低溫和高溫空冷時的金相組織

3.4 熱處理工藝與2507鋼金相組織的關(guān)系

2507鋼固溶處理溫度在1 020～1 100℃最為合適，鐵素體和奧氏體均勻分布，機械性能最好，保溫時間隨鑄件壁厚而定，保溫2 h后快速水冷，每增加25 mm厚度，保溫時間增加30 min，熱處理后的典型金相組織如圖5所示，鐵素體含量為40%～60%，綜合性能最佳。

圖5 2507鋼循環(huán)水中快冷時的金相組織

4 結(jié)論

（1）2507雙相不銹鋼的綜合性能優(yōu)于普通奧氏體、鐵素體不銹鋼。

（2）由于2507雙相不銹鋼的PREN值較高，所以在較強氯離子、CO2、H2S、稀硫酸等腐蝕環(huán)境都可以使用，抗腐蝕性能很好。

（3）Ni、N元素有調(diào)節(jié)雙相鋼相比例的作用，2507鋼合理的元素配比，有利于鐵素體和奧氏體相面積的合理比例與分布。

（4）2507鋼的最佳熱處理溫度為1 020～1 100℃，溫度過低不能起到固溶處理的作用，溫度過高會出現(xiàn)鐵素體含量超高的現(xiàn)象。

（5）2507鋼的冷卻方式最好為水淬，在循環(huán)水中急速冷卻，可避免σ相、碳化物等有害相析出，保證其優(yōu)良的腐蝕能力及機械性能。