雙相不銹鋼在高溫塑性變形時(shí)，由于顯微組織中有鐵素體、奧氏體兩相的存在，變形時(shí)兩相的變形機(jī)制不同，使得試樣在發(fā)生高溫塑性變形時(shí)容易產(chǎn)生裂紋而報(bào)廢。浙江至德鋼業(yè)有限公司主要從雙相不銹鋼變形溫度、變形量、保溫時(shí)間等工藝參數(shù)的變化展開研究，分析變形后室溫下材料的材料力學(xué)性能和金相組織，以及用掃描電鏡及能譜儀分析各相的化學(xué)成分，用XRD分析相的組成，從而間接的反應(yīng)高溫塑性變形對雙相不銹鋼的組織和性能的影響。通過這些研究結(jié)論而得到的參數(shù)和規(guī)律，以便為實(shí)際生產(chǎn)提供可靠的理論依據(jù)。

一、 高溫塑性變形工藝的確定

 雙相不銹鋼高溫塑性變形工藝流程為：鋸床下料→加熱→保溫→鐓餅成型→冷卻。

  1. 選擇φ75mm的雙相不銹鋼鋼棒SAF2205下料，在鋸床上鋸為φ75mm×50mm的試樣，加熱前必須檢查材料的表面，若存在可見的裂縫、折疊、夾雜等缺陷，必須用剝?nèi)ネ馄せ蚱渌P除方法清除干凈才允許進(jìn)爐加熱；

  2. 將試樣在箱式電阻爐中三段式加熱，從室溫到300℃緩慢加熱，300℃~1000℃快速加熱，1000℃到變形溫度緩慢加熱，避開不銹鋼的敏化溫度區(qū)間；

  3. 鍛打采取先以較小變形量進(jìn)行輕打，待塑性提高后重?fù)粼瓌t。變形時(shí)毛坯應(yīng)圍繞其軸心線不斷轉(zhuǎn)動(dòng)使均勻變形。鍛打過程要勤卡勤量并用測溫槍嚴(yán)格掌握控制好變形溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，變形示意圖如圖所示；

  4. 試樣變形后采用水冷，抑制在冷卻過程中出現(xiàn)脆性相，避免其影響試樣的力學(xué)性能；

  5. 將試樣用超聲波檢測儀進(jìn)行檢測。

二、塑性變形溫度對SAF2205雙相不銹鋼的組織和性能的影響

 分別將試樣加熱到1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，保溫2小時(shí)，控制變形量為30%左右，用公司現(xiàn)有的560kg空氣錘進(jìn)行塑性變形，變形結(jié)束后水冷，在變形過程中要勤量試樣的尺寸，達(dá)到30%的變形量需要連續(xù)鍛打2道次，各道次的變形量及總變形量如表所示。在高溫塑性變形中，各道次變形量的控制很難非常準(zhǔn)確，一般都存在一定的偏差，尤其是變形量比較大時(shí)，出現(xiàn)的偏差也較大，因此，本文以實(shí)測的變形量為準(zhǔn)。圖為560kg空氣錘經(jīng)過不同的變形溫度2道次鍛打的試樣，由圖可以看出，變形溫度為1050℃、1100℃、1150℃鍛打時(shí)，試樣出現(xiàn)縱向裂紋，出現(xiàn)裂紋的原因可能為塑性變形溫度過低，變形抗力較大。進(jìn)一步增加變形溫度，當(dāng)變形溫度為1200℃、1250℃進(jìn)行塑性變形時(shí)依然出現(xiàn)縱向裂紋，但是裂紋比圖所示，這一現(xiàn)象解釋為提高變形溫度能夠降低變形抗力，有利于進(jìn)行塑性變形。

   由公式可以得出，在應(yīng)變速率相同的條件下，即ε 不變時(shí)，變形抗力σｐ隨溫度Ｔ的升高而下降，即當(dāng)變形溫度升高時(shí)，塑性變形比較容易。然而在1200℃、1250℃進(jìn)行塑性變形時(shí)出現(xiàn)微小縱向裂紋的原因是在變形速率不變的情況下，可能是第一道次變形量過大造成的。調(diào)整變形方案，將空氣錘由560kg降為200kg后，再鍛打，當(dāng)變形溫度為1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃時(shí)，保溫2h，控制總變形量為30%左右需要連續(xù)鍛打4道次，每道次的變形量及總變形量如表所示，鍛后水冷。如圖所示，變形溫度為1200℃、1250℃的試樣基本上未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，然而其他變形溫度的試樣均有縱向裂紋出現(xiàn)，說明降低變形量有助于雙相不銹鋼高溫塑性變形。所以，雙相不銹鋼在高溫塑性變形過程中當(dāng)變形速率不變時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制好變形溫度和變形量。在經(jīng)過4道次的變形后，盡管每道次的變形量較小，但是在1050℃、1100℃、1150℃還是出現(xiàn)了縱向裂紋，說明即使經(jīng)過較小的變形量，在1050℃、1100℃、1150℃的溫度下也是不適合進(jìn)行塑性變形的，即雙相不銹鋼變形溫度區(qū)間較窄，在變形過程中必須嚴(yán)格控制。 

   在雙相不銹鋼中，由于雙相不銹鋼中鐵素體相和奧氏體相的結(jié)構(gòu)不同，鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu)，奧氏體為面心立方結(jié)構(gòu)，高溫時(shí)兩相的變形機(jī)制也有差異，鐵素體變形時(shí)的軟化過程是靠應(yīng)變時(shí)的動(dòng)態(tài)回復(fù)，相反，奧氏體不銹鋼的主要的軟化過程是當(dāng)應(yīng)變高于某個(gè)臨界值時(shí)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。由于兩相的軟化過程不同，熱加工時(shí)鐵素體δ-奧氏體γ兩相鋼中不均勻的應(yīng)力和應(yīng)變分布就容易導(dǎo)致在相界的裂紋成核和擴(kuò)展。因?yàn)殍F素體相的軟化過程先于奧氏體相，那么兩相鋼的熱塑性取決于奧氏體相的軟化能力。對于硬相γ和軟相δ并存的雙相材料，應(yīng)變傾向集中于軟相中，但是足以誘生再結(jié)晶的應(yīng)變轉(zhuǎn)移至奧氏體相中。高溫時(shí)，鐵素體相較軟，奧氏體相較硬，在變形過程中應(yīng)變主要集中在鐵素體中，這樣在兩相之間就會(huì)產(chǎn)生變形的不協(xié)調(diào)，所以很容易在相界產(chǎn)生微裂紋，最終導(dǎo)致在塑性變形過程中裂紋的出現(xiàn)。上述結(jié)果表明，在高溫塑性變形過程中，當(dāng)變形速率一定時(shí)，升高變形溫度和降低第一道次變形量均有助于高溫塑性變形的發(fā)生。根據(jù)雙相不銹鋼在1000℃以下加熱保溫時(shí)，雙相不銹鋼會(huì)析出脆性相，如σ相、χ相、Cr2N、M23C6，以及出現(xiàn)475脆性等等，如果在1000℃以下進(jìn)行塑性變形，不僅會(huì)造成試樣開裂，而且還會(huì)析出脆性相影響試樣的性能，所以變形溫度必須控制在1000℃以上。