雙相不銹鋼與其他不銹鋼一樣，為滿足使用的機械性能和耐腐蝕性能的要求，應(yīng)當(dāng)依靠正確的熱處理來保證。

 雙相不銹鋼機械性能和耐腐蝕性能的改善，是通過改變雙相不銹鋼兩相的比例、兩相中合金成分及消除其他析出相來實現(xiàn)的。雙相不銹鋼在不同的加熱溫度和不同的冷卻條件下，對兩相比例、兩相中合金成分和析出相均產(chǎn)生重要的影響。這就是確定雙相不銹鋼正確熱處理的主要依據(jù)。

一、加熱溫度與兩相比例的關(guān)系

 我們已經(jīng)知道，雙相不銹鋼在平衡狀態(tài)下的兩相比例主要與化學(xué)成分有關(guān)，即與鋼中鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量及其它們的比例系數(shù)P有關(guān)，P=Cr/Ni.所以，一般情況下，用P值來衡量雙相不銹鋼的兩相含量比，P值越大，說明雙相不銹鋼中的鐵素體含量也越大。

 但是，雙相不銹鋼中兩相的比例還受鋼的加熱溫度的影響。

即P相同的雙相不銹鋼，在不同的溫度加熱后，有不同的兩相比例。見圖6-9。

圖6-9 中三種雙相不銹鋼的化學(xué)成分見表6-4 。

從圖6-9可見，雙相不銹鋼隨加熱溫度的升高，奧氏體不斷減少，鐵素體不斷增加，當(dāng)加熱溫度超過1300℃時，某些雙相不銹鋼甚至可以變成單相鐵素體組織。

因此，為了調(diào)整雙相不銹鋼兩相組織具有理想的比例，應(yīng)控制合理的加熱溫度和保溫時間。

二、加熱溫度對兩相中合金成分的影響

  雙相不銹鋼兩相相對穩(wěn)定平衡時，合金元素在兩相中的含量也相對穩(wěn)定。但是，合金元素在兩相中的分配是不同的。一般的分配規(guī)律是，鐵素體形成元素，如鉻、鉬、硅等富集于鐵素體中；奧氏體形成元素，如鎳、氮、錳等富集于奧氏體中。

合金元素在不同的加熱溫度條件下，在兩相中的分配是不同的，而且，隨著溫度的升高，合金元素在兩相中的分配趨于均勻，即合金元素在鐵素體中的含量與在奧氏體中的含量的比值K趨向于1。見表6-5。

所以，選擇合理的加熱溫度，使兩相組織中有合適的合金元素含量，使每一相都具有較高的耐點腐蝕當(dāng)量值，可以保證雙相不銹鋼的耐腐蝕性能。

三、加熱和冷卻對雙相不銹鋼中析出相的影響

 雙相不銹鋼在加熱和冷卻過程中，除兩相比例、兩相中合金元素發(fā)生變化外，還有一些其他相，如碳化物相、氮化物相、金屬間相、二次奧氏體等的析出和溶解過程，見圖6-10。

  圖6-10表示一種雙相不銹鋼（約含21% Cr、7% Ni、2.5%Mo)經(jīng)1000~1050℃加熱后，含有30%~50%的鐵素體，再在不同溫度加熱后可能產(chǎn)生的析出相。有碳化物M₇C₃、M₂₃C₆,金屬間相σ、x、α'及R、π等，二次奧氏體γ₂.含氮的雙相不銹鋼還可析出氮化物CrN、Cr₂N.這些析出相的存在會對雙相不銹鋼的機械性能和耐腐蝕性能產(chǎn)生不利的影響。

1. 碳化物

  雙相不銹鋼，特別是大于0.03%碳的雙相不銹鋼，在低于1050℃溫度加熱、保溫時，在鐵素體和奧氏體相界面處將有碳化物析出。高于950℃時析出M₇C₃型碳化物，低于950℃時析出M₂₃C₆型碳化物。因為雙相不銹鋼中，奧氏體中含碳高，鐵素體中含鉻高，所以，在奧氏體和鐵素體相界面上形核最容易、最多，在奧氏體與奧氏體相界面，鐵素體與鐵素體相界面上會形核和析出碳化物，只不過是析出量不如奧氏體與鐵素體相界面多而已。

  在析出的碳化物長大的過程中，要消耗周圍的鉻，產(chǎn)生貧客區(qū)，即出現(xiàn)易腐蝕區(qū)。同時，有部分鐵素體由于鉻含量降低，還會轉(zhuǎn)變成二次奧氏體γ₂.

 當(dāng)然，隨著冶金技術(shù)的提高，一些超級雙相不銹鋼的含碳量可以控制在小于0.03%或更低。因此，在這類雙相不銹鋼中，碳化物析出量很少，并且雙相不銹鋼含鉻量又較高。所以，碳化物對雙相不銹鋼耐腐蝕性能的實際影響遠小于在奧氏體不銹鋼中的影響。

 一旦在某些雙相不銹鋼中有碳化物析出，只要在固溶溫度保溫后快速冷卻，即可阻止碳化物的析出。

2. 金屬間相

由于雙相不銹鋼中含有較高量的鉻、鉬等金屬元素，所以，較易形成金屬間化合物，即金屬間相。

a. σ相

  雙相不銹鋼中的鐵素體中除了高的鉻元素外，還有鉬和鎳的存在，尤其是鉬擴大了σ相的形成溫度范圍，縮短了σ相形成的時間，所以，雙相不銹鋼中σ相的形成比奧氏體不銹鋼更嚴重。試驗研究表明，雙相不銹鋼中的σ相在950℃左右即可形成，而且在數(shù)分鐘之內(nèi)就可析出。

  根據(jù)對00Cr25Ni7Mo4N雙相不銹鋼的研究表明，σ相優(yōu)先在鐵素體－奧氏體－鐵素體相交點處形核，然后沿鐵素體－鐵素體晶界長大。

  還有的研究認為，在600~800℃溫度范圍，高鉻的鐵素體可發(fā)生共析分解，在部分奧氏體－鐵素體相界處析出M₂₃C₆型碳化物，這會引起鐵素體的貧鉻，又使奧氏體－鐵素體相界向鐵素體方向遷移，這部分貧鉻鐵素體可能轉(zhuǎn)變成二次奧氏體，在二次奧氏體的長大過程中，使從其中釋放出的鉻轉(zhuǎn)移給附近的鐵素體相，這部分富鉻鐵素體有可能促進σ相析出。這一復(fù)雜的σ相析出過程可以用圖解表示，見圖6-11。

  無論以何種方式析出形成的σ相，都會顯著降低雙相不銹鋼的塑性和韌性。并且，在σ相周圍會形成貧鉻區(qū)，成為影響雙相不銹鋼耐腐蝕性的原因之一。

  為了防止σ相的析出，應(yīng)在固溶溫度保溫后快速冷卻。

 b. x相

  雙相不銹鋼在600~900℃溫度范圍內(nèi)，可能沿奧氏體和鐵素體相界析出x相，相對于σ相，x相在較低的溫度范圍內(nèi)存在。x相也是一種富鉬、鉻的金屬間相，結(jié)構(gòu)式為Fe₃₆Cr₁₂Mo₁₀。x是硬而脆的相，對鋼的塑性和韌性產(chǎn)生不利的影響。x相屬高鉻、鉬金屬間相，其形成長大過程中也必然產(chǎn)生周圍的貧鉻區(qū)，成為腐蝕源，降低鋼的耐腐蝕性。與x相相似，某些雙相不銹鋼還發(fā)現(xiàn)有R相，其也是富鉻、鉬金屬間相，也有與x相相似的不利作用。

  在雙相鋼使用中不希望x相、R相存在，應(yīng)通過固溶處理快速冷卻來消除。

 c. α'相

  雙相不銹鋼在400~500℃溫度區(qū)間也會表現(xiàn)出脆性，類似于鐵素體不銹鋼中的475℃脆性。雙相不銹鋼的這種脆性產(chǎn)生在鐵素體相中。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雙相不銹鋼中的這種脆性與α'相有關(guān)，并且確定α'相的產(chǎn)生是雙相不銹鋼中的鐵素體在這個溫度區(qū)間按照Spinodal分解機制發(fā)生的兩相分離的結(jié)果。鐵素體的分解形成了富鉻和富鐵的亞微觀尺度的原子偏聚區(qū)。這個富鉻的偏聚區(qū)被稱為。α相。這里對富鉻區(qū)的形成和解釋雖然與鐵素體不銹鋼中富鉻區(qū)及475℃脆性形成表述不同，但道理應(yīng)是相似的。

 α'相的存在對雙相不銹鋼的嚴重危害就是脆性。因雙相不銹鋼含碳比鐵素體不銹鋼含碳低，且含鉻高，所以，高鉻區(qū)的形成在耐腐蝕性方面的影響不明顯。

 為保證雙相不銹鋼有良好的塑性和韌性，應(yīng)采用正確的熱處理方式消除α'相。

  總之，雙相不銹鋼中的這些金屬間相對塑性和韌性，對耐腐蝕性均產(chǎn)生不利的影響。因此，在雙相不銹鋼的熱加工過程中，應(yīng)盡力避免它們的產(chǎn)生。一旦產(chǎn)生了，就應(yīng)通過重新加熱到正確的固溶溫度使之溶解，再采用快速冷卻的方式防止其再形成。

3. 二次奧氏體γ₂

  雙相不銹鋼中的兩相組織隨加熱溫度的升高而變化，當(dāng)溫度超過1300℃時，有些雙相不銹鋼可能全部為鐵素體組織，這時的鐵素體穩(wěn)定性差，在以后的冷卻過程中，在鐵素體晶界處會有部分鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體，這種奧氏體稱做二次奧氏體。依據(jù)冷卻速度不同，二次奧氏體的形成機制及形態(tài)也有所差別。

  在較高溫度下形成的二次奧氏體是以形核和長大的方式完成的，屬擴散型轉(zhuǎn)變。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高溫形成的二次奧氏體多在鐵素體的位錯處形核，沿鐵素體亞晶界長大，所以，在組織形態(tài)上具有魏氏組織特征。高溫形成的二次奧氏體與周圍的鐵素體相比，具有較高的含鎳量和較低的含鉻量，在基體中形成成分的不均勻性。

  在較低溫度范圍，如在300~650℃溫度區(qū)間形成的二次奧氏體具有非擴散型轉(zhuǎn)變特征，屬馬氏體型的切變轉(zhuǎn)變。在自高溫水冷時，一般得不到這種二次奧氏體。

  再一種情況是在600~800℃溫度范圍，組織中析出σ相或碳化物時，在其周圍形成的富鎳貧鉻區(qū)也會轉(zhuǎn)變?yōu)槎螉W氏體。所以，有的將這種二次奧氏體的形成方式歸類于鐵素體共析反應(yīng)，是共析反應(yīng)產(chǎn)物。

  無論是以哪一種方式形成的二次奧氏體，都會造成新的合金成分的不均勻性，給耐腐蝕性帶來不利的影響。

4. 氮化物

 在含氮的雙相不銹鋼中，由于氮在鐵素體中的溶解度很低，呈過飽和狀態(tài)。所以，自高溫冷卻時，可能有氮化物，如Cr₂N或CTN析出。氮化物本身對雙相不銹鋼的機械性能和耐腐蝕性能不會產(chǎn)生明顯的影響，但Cr₂N常常伴生二次奧氏體，這會引起局部成分的不均勻性，給耐腐蝕性帶來不利的作用。

 綜上所述，雙相不銹鋼熱處理的理論依據(jù)就是利用合金元素和碳化物或金屬間相在加熱時可溶解于基體中，而快冷不再析出的原理。這些內(nèi)容在本書前面各章節(jié)有論述，這里不再進一步說明。

 雙相不銹鋼的熱處理方式是加熱保溫后采用快速冷卻。從工藝過程看，完全相當(dāng)于奧氏體不銹鋼的熱處理，通常也稱固溶熱處理。

 這里需要說明的一個問題是，雙相不銹鋼的固溶熱處理相當(dāng)于奧氏體不銹鋼的固溶熱處理，或者說適合于雙相不銹鋼中的奧氏體相部分，而與鐵素體不銹鋼熱處理存在著矛盾。在鐵素體不銹鋼熱處理部分曾經(jīng)指出，超過925℃以上并快速冷卻下來，可產(chǎn)生高溫脆性和晶間腐蝕，雙相不銹鋼之所以可以采用高溫固溶，是因為雙相不銹鋼的含碳量遠低于鐵素體不銹鋼，這一成分特征保證了固溶冷卻時不至于產(chǎn)生碳的合金化合物析出的后果，所以，雙相不銹鋼的鐵素體相不至于產(chǎn)生高溫脆性和晶間腐蝕。