吴月龙，陈 坤，王俊海

（1 山东泰山钢铁集团有限公司，山东 济南271100；2 上海海事大学，上海201306）

2507不锈钢为超级双相不锈钢，由于其超低碳和高铬、高钼、高氮的成分设计，主要用于较为苛刻的介质，尤其应用于高氯环境，具有很高的耐腐蚀性能［1-4］。某钢厂生产的一批2507 不锈钢铸件，固溶处理后表面出现大量裂纹，以至于铸件全部判废。为查明开裂原因，取样进行分析并对2507 不锈钢固溶工艺进行试验研究。

1 样品开裂原因分析

该批次2507 不锈钢铸件固溶处理前未发现开裂现象，使用FMP30铁素体仪测定样品铁素体含量为36.7%，固溶处理工艺为1 100 ℃保温1.5 h 后水冷，固溶处理后出现开裂现象。

1.1 宏观形貌检测

对开裂样品进行宏观形貌检测，结果见图1。样品一般沿边缘部位开始开裂并逐渐向里延伸（图1a），将开裂样品进行轻微敲击处理，裂纹会迅速扩展直至发生断裂。对未开裂部位切割、研磨时发现，研磨面逐渐出现裂纹并在研磨过程中裂纹进一步扩展，裂纹形貌见图1b，裂纹沿样品表面逐渐向内扩展，且出现分叉现象。

图1 样品宏观形貌检测结果

1.2 化学成分检测结果

对开裂样品截取样品用SPECRTOLAB M10 型光电直读光谱仪进行化学成分检测，结果见表1。各元素含量均符合GB/T 20878标准要求。

表1 化学成分检测结果%

1.3 金相检测结果

在样品开裂部位附近截取金相试样，磨制抛光后在GX51 金相显微镜下进行金相观察，结果见图2。检测面存在一定数量的圆球状非金属夹杂物颗粒，尺寸不大（图2a）。裂纹延伸处无明显的非金属夹杂物聚集现象（图2b）。上述金相样品经苦味酸盐酸溶液侵蚀后进行金相观察，基体组织为铁素体+奥氏体组织（图2c），并在铁素体/奥氏体晶界析出大量的σ相，使用FMP30铁素体仪测定样品铁素体含量为16.7%。裂纹主要沿着铁素体/奥氏体晶界的σ相聚集部位开裂（图2d）。

1.4 热处理试验

对开裂样品截取小块样品使用纳博热箱式电阻炉进行1 100 ℃保温30 min 水冷固溶处理，磨制金相试样在GX51 金相显微镜下进行金相观察，结果见图3。组织为铁素体+奥氏体组织，奥氏体组织呈小岛状或长条状，使用FMP30铁素体仪测定样品铁素体含量为42.8%。

1.5 小 结

通过对开裂样品进行金相检测发现，基体部位铁素体/奥氏体晶界析出大量的σ相，裂纹主要沿着铁素体/奥氏体晶界的σ 相聚集部位开裂的。σ 相是一种具有四方结构、富Cr且富Mo的脆性相，可使钢的塑形、韧性急剧下降。通过进一步固溶处理后，组织恢复正常。由此可以推断，固溶处理出现了问题，铸态样品、开裂样品及再次固溶处理样品的铁素体含量变化也能说明这一问题。

图2 试样金相组织检测结果

图3 样品重新固溶后金相检测结果

2 2507不锈钢固溶工艺试验

通过对样品开裂原因分析可知，固溶工艺设计与操作对2507 不锈钢非常重要，但是现在文献中对双相不锈钢σ 相的析出机理研究较多，但是对2507 不锈钢固溶工艺实践研究不多。为避免上述开裂缺陷的发生，取样进行2507 不锈钢固溶工艺研究。进行固溶试样的样品取自于与开裂样品同批次的铸坯，加工尺寸为20 mm×30 mm×12 mm。

2.1 不同温度固溶试验

参照相对成熟的双相不锈钢固溶工艺及文献，设定固溶工艺为750～1 300 ℃每间隔50 ℃保温30 min水冷，热处理后进行相比例测定和HRC硬度检测，同时进行显微组织对比观察分析，结果见图4、图5。铁素体相比例含量在750～950 ℃范围内相对偏低，一般低于40%，这与该温度区间内σ 相析出较大，在1 050～1 150 ℃范围内铁素体相比例在50%左右，铁素体与奥氏体两相趋近于平衡状态。1 200 ℃开始，铁素体相比例逐渐提高至60%左右。通过对样品进行HRC硬度检测可知，在750～900 ℃区间与1 050～1 150 ℃区间范围内硬度较低，塑形较好。然而在750～900 ℃易出现σ 相析出，因此固溶温度在1 050～1 150 ℃区间范围内为最佳。

图4 样品铁素体相比例与HRC硬度检测结果

图5 固溶前后金相检测结果

2.2 不同冷却速度固溶工艺试验

通过不同温度固溶处理试验发现，开裂铸件选择的固溶工艺没有问题，然而仍会出现开裂事故，推断可能与冷却速度有关。考虑到现场实际操作，选择的不同冷却速度固溶工艺为：固溶温度为1 100 ℃，冷却方式分别选择水冷、水冷3 s 后空冷、水冷6 s后空冷、空冷、空冷30 s后水冷、空冷60 s后水冷、空冷90 s后水冷共7种冷却方式。金相组织检测结果见图6。非立即水冷处理的几种相对缓慢的冷却处理方式固溶较差，甚至有σ 相析出现象，因此，直接水冷快速冷却的效果最好。

3 结 论

3.1 通过对开裂样品进行原因分析及进行的固溶处理试验发现，该铸件固溶工艺设定没有问题，出现开裂的原因应与铸件冷却过程操作不当有关。本次试验样品较小，因此缓慢冷却时σ相析出不明显，但铸件较大，冷却不彻底很容易导致回温且冷却缓慢，导致σ相大量析出，使得铸件发生开裂事故。

图6 不同冷速金相组织检测结果

3.2 通过固溶试验可知，2507 不锈钢固溶温度应以1 100 ℃为佳，冷却应采取水冷快速冷却的方式。