750℃时效对新型含硅双相不锈钢的显微组织与力学性能的影响

自1927年首次发现双相组织以来，双相不锈钢得到了迅猛发展。双相不锈钢组织由铁素体和奥氏体两相组成，兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，具有优良的力学和耐蚀性能。双相不锈钢被广泛应用于石油化工、海洋、原浆和造纸、能源等领域。 

　　目前，设计了一种新型含Si的Cr20系双相不锈钢材料00Cr20Ni6Si3.5Cu1.5Mo1.3N0.2（质量分数，%）。采用ZG-25真空中频感应炉在氩气保护下将纯铁、纯铬、纯镍、硅铁、纯铜和钼铁合金熔炼，并浇铸成钢锭。合金的实测化学成分（质量分数，%）：C0.032，N0.124，Cr19.9，Ni5.89，Si3.44，Mo1.26，Fe余量。 

　　钢锭经剥皮、热锻后沿热锻方向取样，样品在1050℃固溶30min后，在750℃分别时效0.5、1.5、3、6、10h和15h，水淬。样品经磨制、抛光，然后用酒精和丙酮清洗并烘干，再在10%的KOH溶液中电解蚀刻约30s。使用金相显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）观察试样显微组织并统计铁素体相的体积分数。用JEM2010F透射电镜（TEM）观察时效处理后析出相特征。根据国标GB/T229-2007，沿锻态方向将固溶和时效处理后的材料加工成10mm×10mm×55mmV型缺口冲击试样。在室温下使用AHC-3000/2-AT冲击试验机进行冲击试验，最大冲击能量300J，每个测试条件测试三个有效样品，冲击吸收能取其平均值。用扫描电镜观察冲击断口形貌。用布氏硬度计测量固溶和时效处理后样品的硬度。结果表明： 

　　（1）时效处理显著降低室温冲击性能，室温冲击吸收能量从固溶态样品的约150J陡降至时效态样品的20J以下。固溶态样品的布氏硬度约252HB，时效1.5h后的布氏硬度少量增加到峰值约271HB。时效时间超过1.5h试样的布氏硬度变化不大，均在240～247HB之间。 

　　（2）随着时效时间的增加，棒状ε-Cu相平均尺寸略有增加，ε-Cu相中的Cu含量提高。时效较短时间后，在奥氏体中析出的纳米级ε-Cu相和在铁素体/奥氏体相界析出的尺寸较为细小的颗粒状Cr23C6碳化物均有利于提高Cr20双相不锈钢的布氏硬度。析出的Si3N4相数量随着时效时间的增加而增多，Si3N4相在铁素体相中及铁素体/奥氏体相界析出显著降低了Cr20双相不锈钢的室温冲击性能。