邵海麗，趙增強(qiáng)，龐于思，劉富強(qiáng)，王連華，韓恒力

（新興鑄管股份有限公司，河北 邯鄲 056000）

超級(jí)雙相不銹鋼UNS S32760具有鐵素體和奧氏體兩相組織（相比例約為1∶1），該鋼種具有超低C和高Cr、Mo及N元素，并且在雙相鋼基礎(chǔ)上添加少量的W、Cu元素的成分設(shè)計(jì)，提高了鑄造性能，降低了貴金屬M(fèi)o的含量，鋼的耐氯離子點(diǎn)蝕性能增強(qiáng)，點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)PRE一般大于40，兼有鐵素體較高的強(qiáng)度，良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能和奧氏體優(yōu)良的韌性、焊接性，且價(jià)格低［1-6］。UNS S32760的點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)PRE較高，具有比普通雙相鋼和奧氏體不銹鋼更優(yōu)異的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕性能及耐蝕性能［7-9］，另外還具有良好的耐氯和硫化氫應(yīng)力腐蝕性能，主要用于苛刻的介質(zhì)環(huán)境［10-16］。

1 UNS S32760生產(chǎn)方法及固溶試驗(yàn)方法

選取UNS S32760鍛坯，采用6 300 t臥式擠壓機(jī)擠壓成型，擠壓規(guī)格為Φ95.25 mm×22.86 mm，材料化學(xué)成分依據(jù)ISO 13680∶2010《石油和天然氣工業(yè)用套管、油管和接箍的耐腐蝕無縫合金管交貨技術(shù)條件》設(shè)計(jì)，具體含量見表1，要求點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù) PRE=w（Cr）+3.3w（Mo+0.5W）+16w（N）范圍40～45，實(shí)際為42.4。性能依據(jù)ISO 13680∶2010標(biāo)準(zhǔn)中80鋼級(jí)要求設(shè)計(jì)，抗拉強(qiáng)度≥758 MPa，屈服強(qiáng)度552～724 MPa，伸長(zhǎng)率≥20%，硬度≤28 HRC，-10℃橫向沖擊功≥27 J。

表1 UNS S32760鍛坯化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

對(duì)擠壓態(tài)管材切取220 mm的管段，縱向平分，在馬弗爐中進(jìn)行固溶試驗(yàn)，固溶溫度分別為1 080，1 100，1 120和1 140℃，固溶保溫時(shí)間均為60 min，固溶后試樣直接淬水，冷卻速率為18～20℃/s。采用光學(xué)金相顯微鏡觀察擠壓態(tài)和不同固溶溫度的管材組織；依據(jù)ASTM E 8/E 8M—2016a《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)；依據(jù)ASTM E 18—2017《金屬材料洛氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》使用洛氏硬度測(cè)試儀進(jìn)行硬度檢測(cè)；依據(jù)ASTM E 23—2016b《金屬材料缺口試樣標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)方法》使用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；依據(jù)ASTM G 48—2011（R2015）《使用三氯化鐵溶液做不銹鋼及其合金的耐麻點(diǎn)腐蝕和抗裂口腐蝕性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法》A法-三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行點(diǎn)腐蝕速率檢測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 坯料和擠壓態(tài)管材的試驗(yàn)結(jié)果

觀察UNS S32760坯料的組織，坯料金相組織如圖1所示，其組織為鐵素體+奧氏體，鐵素體含量為54.08%，在鐵素體和奧氏體晶界有σ相析出。管材經(jīng)擠壓變形后，擠壓態(tài)金相組織如圖2所示，組織為鐵素體和奧氏體兩相組織，鐵素體相比例為59.82%。有研究表明，σ相在1 040℃完全溶解消失［16］，而UNS S32760擠壓溫度∧1 100℃，遠(yuǎn)高于σ相溶解溫度，擠壓后管材σ相基本溶解，未在金相圖片上發(fā)現(xiàn)σ相存在。擠壓態(tài)管材的抗拉強(qiáng)度899 MPa，屈服強(qiáng)度742 MPa，伸長(zhǎng)率22%，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較高，伸長(zhǎng)率較低。

2.2 不同固溶溫度管材試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 固溶溫度對(duì)金相組織的影響

圖1 坯料金相組織

圖2 擠壓態(tài)金相組織

標(biāo)準(zhǔn)要求，超級(jí)雙相鋼鐵素體相含量為35%～55%，使用金相顯微鏡觀察UNS S32760管材不同固溶溫度熱處理后的組織，不同固溶溫度對(duì)管材相比例的影響如圖3所示，不同固溶溫度的管材金相組織如圖4所示。由圖3可知，在1 080～1 140℃固溶處理溫度范圍內(nèi)，兩相含量變化與固溶溫度呈線性關(guān)系。隨著固溶溫度升高，鐵素體相含量增加，奧氏體相含量降低，1 080～1 120℃時(shí)鐵素體相含量增加緩慢，1 120～1 140℃時(shí)增加得較快，在1 140℃時(shí)，鐵素體相含量為59.26%，含量較高，超出標(biāo)準(zhǔn)要求，在固溶處理溫度約1 100℃時(shí)，組織中α相和γ相比例約為1∶1。

圖3 不同固溶溫度對(duì)管材相比例的影響

2.2.2 固溶溫度對(duì)管材拉伸性能的影響

不同固溶溫度下UNS S32760管材拉伸性能見表2和如圖5所示，固溶態(tài)管材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯低于擠壓態(tài)，伸長(zhǎng)率明顯高于擠壓態(tài)。由圖5看出，固溶溫度1 080～1 140℃時(shí)，材料的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率基本保持不變，屈服強(qiáng)度逐漸升高，結(jié)果均符合ISO 13680∶2010標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 固溶溫度對(duì)管材拉伸性能的影響

2.2.3 固溶溫度對(duì)管材硬度的影響

UNS S32760在擠壓過程中產(chǎn)生加工硬化，硬度較高，其值為29.8 HRC，經(jīng)過1 080～1 140℃固溶后，管材硬度明顯降低。UNS S32760擠壓管材經(jīng)固溶后硬度變化如圖6所示，由圖6可見，在1 080～1 140℃固溶，硬度變化不明顯，硬度值在24～26 HRC。

圖6 固溶溫度對(duì)管材硬度的影響

2.3 固溶溫度對(duì)管材沖擊性能的影響

UNS S32760管材沖擊為橫向沖擊，沖擊試樣尺寸為55 mm×10 mm×10 mm，試驗(yàn)溫度為-10℃。管材經(jīng)過1 080～1 140℃固溶后，隨固溶溫度的升高，沖擊功整體呈上升趨勢(shì)，在1 080～1 100℃沖擊功上升較快，1 100～1 140℃上升趨勢(shì)減緩，固溶溫度對(duì)管材沖擊功的影響如圖7所示。

圖7 固溶溫度對(duì)管材沖擊功的影響

2.4 固溶溫度對(duì)管材耐點(diǎn)蝕性能的影響

依據(jù)ASTMG48—2011（R2015）A 法-三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行點(diǎn)腐蝕速率檢測(cè)。試驗(yàn)溶液為6%FeCl3溶液，試驗(yàn)溫度為50℃，試驗(yàn)時(shí)間72 h。固溶溫度對(duì)管材腐蝕速率的影響如圖8所示，點(diǎn)腐蝕速率先降低，后升高，在固溶溫度1 100℃時(shí)，組織中α相和γ相比例約為1∶1，點(diǎn)腐蝕速率最低，耐點(diǎn)蝕性能最優(yōu)，腐蝕速率為0.031 mm/a。

圖8 固溶溫度對(duì)管材腐蝕速率的影響

2.5 結(jié)果分析

（1）UNS S32760管材經(jīng)擠壓成型，擠壓過程中坯料受三向壓應(yīng)力，部分壓應(yīng)力保留直接形成殘余應(yīng)力，擠壓態(tài)管材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度明顯比固溶后的高，伸長(zhǎng)率比固溶后的低。

（2）有研究表明，在1 040℃固溶時(shí)，σ相就已經(jīng)完全溶解消失［16］，由于擠壓溫度和固溶溫度均高于此溫度，所以UNS S32760擠壓態(tài)和固溶態(tài)管材組織中僅有α相和γ相存在，未發(fā)現(xiàn)σ脆性相。

（3）通過固溶處理可以調(diào)整雙相鋼中α相和γ相的比例，溫度越高越利于鐵素體的形成［17］，經(jīng)1 080～1 140℃固溶處理，隨固溶溫度升高，UNS S32760管材鐵素體相含量逐漸增多，奧氏體相含量逐漸降低。

（4）超級(jí)雙相鋼中的合金元素在不同的熱處理?xiàng)l件下，在兩相中的分配比例是不同的，合金元素在兩相中有合適的合金含量時(shí)，每一相都具有較高的耐點(diǎn)蝕當(dāng)量，兩相達(dá)到平衡，雙相鋼具有優(yōu)異的耐點(diǎn)蝕能力［17］，在1 100℃固溶時(shí)，合金元素在兩相分配比例均勻，兩相接近平衡，點(diǎn)腐蝕速率最低。

（5） 1 080～1 140℃固溶處理后，UNS S32760管材力學(xué)性能滿足ISO 13680∶2010標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合組織與耐腐蝕性能，采用1 100℃固溶處理，管材綜合性能最優(yōu)。

3 結(jié) 語

（1）UNS S32760擠壓管材鐵素體相比例為59.82%，無σ相存在，抗拉強(qiáng)度899 MPa，屈服強(qiáng)度742 MPa，伸長(zhǎng)率22%，硬度29.8 HRC。

（2）經(jīng)1 080～1 140℃固溶處理，隨固溶溫度升高，UNS S32760管材鐵素體相含量逐漸增多，奧氏體相含量逐漸降低，抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率基本保持不變，屈服強(qiáng)度逐漸升高，沖擊功呈上升趨勢(shì)。

（3）1 100℃固溶時(shí)，材料性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，組織中α相和γ相比例約為1∶1，點(diǎn)腐蝕速率最低，耐點(diǎn)蝕性能最優(yōu)，腐蝕速率為0.031 mm/a。