00Cr22Ni5Mo3双相不锈钢热加工性能的试验研究

浙江宏盛特钢有限公司采用热压缩和热拉伸试验方法，对00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温变形抗力、高温塑性以及在高温变形时的奥氏体相的数量进行了研究。试验结果表明，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温变形抗力和高温塑性较0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢低，在1100～1250℃变形时，钢中奥氏体相的数量可以控制在适合热加工的范围，使钢具有较好的热加工性能。

00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢具有优良的韧性、焊接性、耐氯化物应力腐蚀性能和较高的强度，在国外已广泛用于造纸、石油、化工、建筑、制药及食品等领域。在高温状态下，这种双相不锈钢仍为奥氏体和铁素体双相组织，其热加工特性与奥氏体不锈钢存在着较大的差异，比奥氏体不锈钢差。目前，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢大直径厚壁管材的热加工还是一个技术难题。

为了保证双相不锈钢在热加工过程中有足够的塑性，在热加工的加热温度下必须保证组织中的奥氏体相数量不超过8%～10%，而在热变形的终止温度奥氏体相的数量不高于25%～30%。本文采用热压缩和热拉伸试验方法，对00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温塑性、高温变形抗力以及在高温下奥氏体相的数量进行试验研究，并与0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的试验结果进行对比，以了解00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的热加工性能。

一、试样的制备

1.化学成分

试验用钢采用100kg真空感应炉冶炼，浇铸成50kg的钢锭，锻造成16mm试样毛坯，试样毛坯的化学成分见表。

2.力学性能及纽织

试样毛坯经1050℃加热，保温40 min后水淬固溶处理，经机加工做成拉伸、冲击及Gleeble高温拉伸和平面应变压缩试样，其常规力学性能列于表。

固溶处理的金相试样经腐蚀着色，按照ASTME562检验铁素体相的面积含量，每个试样检测30个视场，放大倍数为320倍，测量结果为其算术平均值。试验用00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的铁素体相的面积含量为52%。

二、热加工性能试验方法

本试验研究采用热压缩和热拉伸的方法评定00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的热加工性能，试样的热压缩和热拉伸试验都在美国DSI公司制造的Gleeble 2000热-力模拟试验机上进行。该机可以模拟热加工工艺过程，采用计算机对试样的加热速率、变形温度、变形量及变形速率等进行编程、精确控制并实时采集试验数据。

1. 平面应变压缩试验

为了研究00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在热加工温度下的变形抗力和组织，在900～1250℃的温度范围进行了平面应变压缩试验。平面应变压缩试样尺寸为20mm×15mm×10 mm，试样中部与压头的接触面积为20mm×5mm。为了模拟钢管热轧穿孔工艺，压缩试验的应变速率确定为2.0 s，试样厚度由10mm压缩到3mm，试样产生的真应变约为1.20。以10 ℃/s的加热速率把试样加热到试验温度，保温1分钟，在变形结束的同时，采用自动喷水装置对试样进行水淬，以冻结高温变形组织，用于测量高温奥氏体相含量。

2. 高温拉伸试验

为了研究00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在热加工温度下的变形性能，在900～1250℃的温度范围进行了高温拉伸试验。试样尺寸为10mm×122mm，以10℃/s的加热速率把试样加热到试验温度，保温1分钟后以5×10-2 s-1的应变速率将试样拉断，测定其抗拉强度和断面收缩率。按照同样的试验方法，进行了0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的高温拉伸试验。

3.试样奥氏体相面积含量的测定

为了研究00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在高温变形时的显微组织，采用自动淬火装置在高温变形终了的瞬间对热压缩试验试样进行水淬。水淬后的试样用线切割机从中部剖成两半，制成金相试样。用图像仪在试样的不同部位捕俘图像，放大500倍后在试样变形区和未变形区分别选取10个奥氏体相含量适中的视场测量奥氏体面积含量，取其算术平均值作为测定结果。

三、试验结果及分析

1.平面应变压缩试验

图是00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢试样在不同温度下平面应变压缩的应力应变曲线。在不同温度的压缩变形过程中，当试样达到一定的应变量时，变形抗力将出现一个峰值。从图中可以看到，在1100℃以上温度变形时，峰值应力后应力应变曲线出现稳态的平台，应力保持不变，试样产生稳态塑性变形，这是由于材料的软化速率与硬化速率达到平衡而形成的。稳态区越长，表明钢的热塑性越好。因此，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在1100℃以上热塑性相对良好。

00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢试样压缩变形的峰值变形抗力与变形温度的关系见图。试验表明，在900～1100℃，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢试样压缩变形的峰值变形抗力随变形温度的升高而急剧降低：在1100℃以上，变形抗力的下降变得平缓。这为热加工提供了一个较宽的低负荷变形的温度范围。

2. 高温拉伸试验

    00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢和0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢试样在不同试验温度下的抗拉强度见图。对于0Cr18Ni10Ti类奥氏体不锈钢，热加工生产工艺已相当成熟，在相同试验条件下进行00Cr22Ni5Mo3N双-相不锈钢和0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的高温性能比较，可以增加对双相不锈钢热加工性能的认识。从这两种钢的高温拉伸试验结果看出，随温度的增高，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的抗拉强度与平面压缩峰值变形抗力具有相同的变化趋势。同时可以看到，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温抗拉强度明显比0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的抗拉强度低，其高温抗拉强度约为奥氏体不锈钢的50%。

   图是00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢和OCr18Ni10Ti奥氏体不锈钢试样的断面收缩率与温度的关系曲线�？梢钥闯�，00Cr22Ni5Mo3N双-相不锈钢在900～1150℃的变形温度范围内，试样的断面收缩率均可达到70%以上。0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢在950～1150℃的变形温度范围内，高温塑性明显比00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢高；但在1150℃以上，0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的高温塑性急剧下降，而00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温塑性显著上升，在1200℃以上接近或超过0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的热塑性。高温拉伸试验时的断面收缩率表征了钢在热加工时的塑性变形能力，因此在制定穿孔工艺时，应当充分考虑00Cr22Ni5Mo3N 双相不锈钢与0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢高温塑性的差异，采取适当的技术措施。

3. 高温变形奥氏体相面积含量的测定及分析

部分热压缩试样奥氏体相面积含量的测定结果见表。图为00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢平面应变热压缩试样未变形区和变形区奥氏体相的金相照片（放大倍数为500倍）。

双相不锈钢的相比例，在很大程度上取决于钢的成分和加热温度。从表3和图5可以看出，在00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢试样的未变形区和变形区，奥氏体相的数量都随温度的升高而减少，这表明在化学成分一定的条件下，加热温度对钢中奥氏体相数量起着决定性的作用。在试样的变形区，奥氏体相的形态因变形延伸变得细长，其面积含量较未变形区减少。在每一试验温度下，试样未变形区的奥氏体相数量可以认为就是钢在这一加热温度下的奥氏体相数量，而变形区的奥氏体相数量就是钢在这一温度变形终止时的奥氏体相数量。因此，对试验用的00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢而言，在1100～1250℃范围内热加工，可以把钢中奥氏体相数量控制在适合热加工的比例范围内，即在热加工加热温度下，把奥氏体相数量控制在10%左右，而在变形终止时奥氏体相数量控制在30%以内。

4. 00Cr22Ni5M03N双钢不锈钢的热加工性能

综合上述高温压缩及拉伸试验结果及其分析，若以断面收缩率> 70%作为高合金钢热加工性能良好的指标，00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在较宽的变形温度范围肉具有较高的热塑性，但与奥氏体不锈钢相比，热加工性能仍较差。对双相钢而言，随着变形温度的增加两相比例和两相中元素的分配发生变化，仪相增多，热塑性必然也提高。上述的试验结果表明，在1100～1250℃温度范围肉，试验用00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢组织仍为a+y，钢中奥氏体相面积含量在30%～10%之间变化，变形抗力相对较低，热塑性较高，表明钢在这一温度范围具有良好的热加工性能。有的研究时旨出，对于奥氏体相含量不超过40%的大多数钢种而言，最适于在高温下热轧。因此，对于00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢，为提高热加工时的热塑性，在热轧穿孔时，可根据生产现场的实际情况，适当提高加热温度，控制热加工温度范围，保证终轧温度不低于1100℃。

四、结语

(1) 00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢与0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢相比，高温变形抗力及热塑性较低，热加工性能较差，在制定热轧穿孔工艺时应采取适当的工艺措施，改善管坯穿孔中的应力应变状态。

(2) 00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在1100～1250℃进行热加工，加热温度下奥氏体相数量可以控制在1 0%左右，变形终止时奥氏体相数量可以控制在30%以内，热加工性能较好。

(3) 综合考虑工厂生产现场的实际情况及管坯斜轧穿孔温升等因素的影响，管坯加热温度宜控制在1200℃左右，保征热穿孔终轧温度控制在1100℃以上。

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