铝热法制备纳米晶/微米晶2205双相不锈钢及其组织表征

摘要

2205双相不锈钢是目前世界上应用最广泛的双相不锈钢，用量达双相不锈钢的80％。随着时代的发展更廉价的双相不锈钢研发成为了双相不锈钢产业的主要趋势。而降低双相不锈钢成本最根本的方法是减少用量，而减少用量最直接的方法是提高双相不锈钢的综合性能。因此本文通过铝热反应熔化法制备了块体纳米晶/微米晶2205双相不锈钢，并研究了块体纳米晶/微米晶合金的组织形成机理。为了调控纳米晶的晶粒尺寸和体积分数，对制备的2205双相不锈钢在1000℃下等温处理不同时间，并探究了等温处理对材料组织的影响，并提出演化机理。通过研究结果发现铝热法制备的2205双相不锈钢中含有大量未反应Al元素导致材料组织中只含有铁素体相。通过在原合金原料粉末的基础上加入不同含量的Fe2O3以保证铝热反应的进一步进行得到了含有不同铁素体/奥氏体比例的2205双相不锈钢。当在原合金原料粉末的基础上加入2.5%Fe2O3时，材料中的铁素体相和奥氏体相的体积分数分别为66.82%和33.18%；加入5%Fe2O3时铁素体相和奥氏体相的体积分数分别为：32.30%和59.56%；加入7.5%Fe2O3时铁素体相和奥氏体相得体积分数分别为51.93%和48.07%；加入10%Fe2O3时铁素体和奥氏体的体积分数分别为62.70%和37.30%；加入12.5%Fe2O3时合金中几乎只含铁素体相。并且研究发现随着Fe2O3含量逐渐增多，合金的硬度呈现先降低后上升的趋势，当在原合金原料粉末的基础上加入5%Fe2O3时制备出的2205双相不锈钢的硬度最低，为264.67HV。将在原合金原料粉末的基础上加入5%Fe2O3时制备出的2205双相不锈钢在1000℃等温处理不同时间。结果表明等温处理前后材料均是由铁素体相和奥氏体相组成。1000℃等温处理0.5h后合金的铁素体相和奥氏体相的体积分数分别为46.79%和47.45%；1000℃等温处理1h后合金的铁素体相和奥氏体相的体积分数分别为59.98%和35.98%；1000℃等温处理1.5h后合金的铁素体相和奥氏体相的体积分数分别为37.40%和56.43%；1000℃等温处理2h后合金的铁素体相和奥氏体相的体积分数分别为35.16%和58.18%。铸态和1000℃分别等温处理0.5h、1h、1.5h，2h后纳米晶平均晶粒尺寸分别为20.90nm、22.05nm、23.44nm、31.37nm和40.64nm；纳米晶体积分数分别为74.2%、69.8%、65.1%、54.3%和40.11%。随着等温处理时间的延长硬度先升高后降低，等温处理1h时硬度达到最大值为324.33HV。