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与不锈同行丨利用背散射技术观察25Cr-07Ni-028N超级双相不锈钢中的金属

发布时间:2019-12-21 16:50    点击次数:79次   

  原标题:与不锈同行丨利用背散射技术观察25Cr-07Ni-0.28N超级双相不锈钢中的金属间相

  材料在焊接和热处理工序时经过一定高温范围会析出有害金属间相,其对双相不锈钢的在役性能产生严重影响。本文使用背散射扫描电镜(BSE)和较传统的扫描电镜(SEM)二次电子成像技术观察了25Cr-07Ni-0.28N超级双相不锈钢中的金属间相。使用X射线衍射对二次相的化学成分和铁素体/奥氏体晶界进行了分析。化学分析表明金属间相富Cr、Ni、Mo,晶界Cr、Ni、Mo贫化。观察表明,超级双相不锈钢经1000℃保温30分钟并水冷后对σ相和χ相析出非常敏感。

  双相不锈钢具有奥氏体/铁素体两相组织,兼具良好力学性能和在氯离子介质中的高耐蚀性能。正是由于这些性能和低镍带来的低成本,双相不锈钢在海上油气、化工、核工业中的应用发展迅速。但是要想获得高合金双相不锈钢稳定的良好性能,需要准确控制生产制造和其他后期焊接工艺过程中的热处理。双相不锈钢进行热处理时经常沿晶界这类高能量位置(但不一定只在此处析出)析出一定数量的化合物。典型的金属间相包括富铬σ相和χ相、各种碳化物、铬的氮化物。已有很多研究表明这些相会降低材料耐蚀性能和力学强度,因此避免双相不锈钢中析出这些相非常重要。由于超级双相不锈钢合金含量水平更高,更容易析出金属间相,这个问题更加严重。σ相析出尤其降低双相不锈钢性能,其最初以χ相形式存在。但是目前对该过程的研究较少,需要加深理解。

  25Cr-07Ni-0.28N超级双相不锈钢试样经1000℃保温30分钟后水冷。根据作者前期的研究,在该热处理工艺下材料会析出大量不同的金属间相,其中包括σ相和χ相。试样表面经抛光到镜面,并使用扫描电镜的背散射电子束观察金属间相。图1(a)为25Cr超级双相不锈钢的表面形貌,其中包括铁素体/奥氏体界面处析出的金属间相。图1(b,c)为图1(a)中两个不同位置处的高倍数形貌。从图中可以看出背散射技术的优势,其中灰色的σ相和白色的相区分清晰,这和Calliari等人的研究结果一致。图像表明材料中σ相的析出体积分数远远高于χ相。

  第二组试样经相同热处理后,在40%NaOH溶液中电解腐蚀,使用SEM观察显微组织和金属间相。电解腐蚀后的试样表面如图2。浸入铁素体基体中的奥氏体岛周围分布着二次金属间相。从图2中可以看出金属间相形成于铁素体/奥氏体晶界上,其中σ相以白色箭头标示,χ相为黑色箭头。使用SEM像只能观察到两者细微的不同,更难以区分σ相和χ相。

  使用EDAX分析了σ相、χ相和铁素体/奥氏体晶界的化学成分。EDAX光谱见图3~5。结果表明,第二相σ相和χ相都略微富Cr、Mo,而且σ相的Cr含量更高一些。图4为χ相EDAX光谱,其Mo和W含量略微高于σ相。在铁素体/奥氏体界面发现Fe含量更高,Cr、Mo含量偏低,这证明了金属间相附近区域Cr、Mo贫化,如图5。σ相、χ相和铁素体/奥氏体界面处的化学成分对比结果见图6。

  对于超级双相不锈钢牌号来说,要获得组件合适的在役性能,组织中有害金属间相的检测很重要。我们的工作结论如下:

  ·金属间相的形成导致如Mo、Cr的贵金属元素在铁素体/奥氏体界面的贫化。这些贵金属元素的贫化降低了材料邻近第二相析出区域的耐蚀性能。


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