2507双相不锈钢的性能与金相组织

孔秋元，方煜钦

（1.广西辉煌耐磨技术股份有限公司，广西 柳州 545005；2.广西方鑫技术有限公司，广西 柳州 545006）

2507双相不锈钢由欧洲材料研究人员开发，凭借着其兼有铁素体不锈钢的高强度、奥氏体不锈钢的耐腐蚀性、相对低廉的价格等优点，以及人们对抵抗日益恶劣腐蚀环境材料的需求，而迅速发展；广泛应用于脱硫、脱碳、污水处理厂、化工厂等富含氯离子、CO2、H2S、稀硫酸等恶劣腐蚀的环境中。

双相不锈钢是指铁素体和奥氏体各占50%，最小相含量也要达到30%的不锈钢。2507双相不锈钢由于Cr、Ni、Mo含量的合理配比，加之N元素对奥氏体的强化作用，显著提高了合金的屈服强度和耐腐蚀性能。

1 2507双相不锈钢的主要性能

1.1 2507双相不锈钢的化学性能

2507双相钢与361L奥氏体钢、00Cr12铁素体钢的化学成分对比见表1。

表1 2507双相钢与361L奥氏体钢、00Cr12铁素体钢的化学成分对比

不锈钢的合金元素中，Cr是最重要的元素，由于Cr形成的致密、稳定的Cr2O3薄膜的保护，阻止了介质对金属基体的继续渗入腐蚀，所以，钢中如果含Cr量达5%，就显示出一定的耐腐蚀作用。但不是所有含Cr的钢都可以作不锈钢使用，依据腐蚀的电化学理论，为了提高钢的电极电位，把Cr加入到铁基固溶体中时，只有铬含量达到一定浓度，腐蚀也因此而减弱，钢的耐腐蚀性能才会明显提高。

12.5%*Cr原子量/Fe原子量=12.5%*52/55.8=11.7%。

这个11.7%的Cr含量就是构成不锈钢中铬量的最低界限，亦即钢中Cr含量高于这个界限才可称为不锈钢。随着腐蚀介质条件的不同，有时钢中的Cr含量还要提高，如在氧化性较强的介质中，Cr含量要高于16%的钢才会有明显的钝化能力，如化工设备常用316L钢，但在恶劣腐蚀环境下，通常选择2507钢作为设备材料。

1.2 2507双相不锈钢的机械性能

2507双相钢与316L奥氏体钢、00Cr12铁素体钢的机械性能对比见表2。

表2 2507双相钢与316L奥氏体钢、00Cr12铁素体钢的机械性能对比

从表2可以看出，2507双相不锈钢的合金元素含量不是很高，但机械性能总体远高于普通奥氏体（316L）、铁素体不锈钢（00Cr12），因为它兼具奥氏体钢的韧性和铁素体钢的强度，而且抗腐蚀性能好，所以在现代工业中得到迅速发展，被广泛应用。

1.3 2507双相不锈钢的耐腐蚀性能

不锈钢的耐腐蚀性能可以用抗腐蚀当量来衡量，其PREN值（抗腐蚀当量，PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%）越大，抗腐蚀性能越强。

2507双相不锈钢与常用不锈钢耐腐蚀性能对比见表3。由表3可以看出2507钢合金成分不是很高，但抗腐蚀当量较高，耐腐蚀性能也较高，在非常恶劣的腐蚀环境下，必须使用镍基合金或钛合金等昂贵的金属材料时，2507双相不锈钢的出现提供了一种相对低廉的选择，且具有更好的综合性能和发展前景。

表3 2507双相不锈钢与常用不锈钢耐腐蚀性能对比

2 合金元素对2507双相不锈钢组织和性能的影响

2507双相不锈钢相比例的影响主要取决于钢中合金元素的配比，提高Cr、Mo、Si含量有利于铁素体的形成，屈服强度也随之提高；提高Ni、Mn、N等元素的含量，有利于奥氏体的形成，塑性和冲击韧性显著增强；N的作用尤为显著，同时N元素能够以间隙方式嵌入晶格中，形成间隙固溶体，其固溶强化作用又可以显著提高抗拉强度和屈服强度。2507双相钢与1.4468双相钢、2605N双相钢的成分含量见表4。

由表4、图1可以看出，在相同的生产工艺条件下，2507钢的Ni、N元素含量最高，铁素体含量最低；2605N钢的Ni、N元素最低，铁素体含量最高（铁素体-褐色，奥氏体-白色）。2507钢合理的元素配比，使得铁素体和奥氏体各占50%左右，且分布均匀，其综合性能也相对较好。

表4 2507双相钢与1.4468双相钢、2605N双相钢的成分含量

图1 2507双相钢与1.4468双相钢、2605N双相钢的金相组织

3 热处理工艺对2507双相不锈钢组织和性能的影响

3.1 2507钢铸态下的金相组织

2507双相不锈钢铸件在铸态下，由于存在粗大的板条组织、σ相及碳化物析出、塑性和耐腐蚀性不高的情况，所以2507双相不锈钢要热处理后才能使用（图2）。

图2 2507钢铸态下的金相组织

3.2 热处理温度对2507钢金相组织和性能的影响

2507钢热处理温度与铁素体含量的关系如图3所示。较高的固溶温度有利于碳化物的溶解，随着固溶温度的提高，铁素体含量会明显增加，当温度过高时，甚至变为单一的铁素体相。

图3 2507钢热处理温度与铁素体含量的关系

3.3 冷却方式对组织和性能的影响

冷却速度对于双相不锈钢的相比例和耐腐蚀能力具有重要影响，在循环水中急速冷却有利于保持合理的铁素体-奥氏体比例，并防止σ相、碳化物和氮化物的析出。

由图4可以看出，2507钢慢速冷却（850～950℃）容易形成σ相（铁素体相上的黑点），出现脆性；所以应该在循环水中急速冷却，避免σ相、碳化物、氮化物析出，从而保持2507钢的塑性和耐腐蚀能力；热处理温度不能高过（1 200℃），否则铁素体面积大幅上升，抗腐蚀性能与机械性能显著下降。

图4 2507钢低温和高温空冷时的金相组织

3.4 热处理工艺与2507钢金相组织的关系

2507钢固溶处理温度在1 020～1 100℃最为合适，铁素体和奥氏体均匀分布，机械性能最好，保温时间随铸件壁厚而定，保温2 h后快速水冷，每增加25 mm厚度，保温时间增加30 min，热处理后的典型金相组织如图5所示，铁素体含量为40%～60%，综合性能最佳。

图5 2507钢循环水中快冷时的金相组织

4 结论

（1）2507双相不锈钢的综合性能优于普通奥氏体、铁素体不锈钢。

（2）由于2507双相不锈钢的PREN值较高，所以在较强氯离子、CO2、H2S、稀硫酸等腐蚀环境都可以使用，抗腐蚀性能很好。

（3）Ni、N元素有调节双相钢相比例的作用，2507钢合理的元素配比，有利于铁素体和奥氏体相面积的合理比例与分布。

（4）2507钢的最佳热处理温度为1 020～1 100℃，温度过低不能起到固溶处理的作用，温度过高会出现铁素体含量超高的现象。

（5）2507钢的冷却方式最好为水淬，在循环水中急速冷却，可避免σ相、碳化物等有害相析出，保证其优良的腐蚀能力及机械性能。