热力U 工
CFHI TECHNOLOGY
10.3969/j.issn.l673—3355.2021.02.011
2205双相不锈钢微观组织性能研究
刘钊！，梁宁%
摘要：以轧态2205双相不锈钢为研究对象，通过纳米压痕试验推算2205双相不锈钢各相的微观组织性能，并与
barks微拉伸试验结果进行对比，证明该方法的有效性。
关键词：双相不锈钢；纳米压痕；微观组织性能；微拉伸试验
中图分类号：TG335.81文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2021） 02-0011-06
Study on Microstructure and Properties of 2205 Duplex Stainless Steel Liu Zhao, Liang Yu
Abstract ： Nanoindentation test was conducted to determine the microstructure of properties of the phas of as -rolled 2205 duplex stainless steel and verified for the validity by comparing its result with that of the micro-tensile test.Key words ： duplex stainless steel; nanoindentation; microstructure and property; micro-tensile test
双相不锈钢是指不锈钢内部含有性能不同的
！
相和"
相组织的不锈钢种类。由于两种力学性能 不同的微观组织呈现 的观力学性能不同，
过程双相不锈钢两相组织 现
力区，重的 内部产生裂纹L1”役由
于铸态双相不锈钢内部存在大 的K-S 晶体取向,
在 的工过程
间 于以
限双相不锈钢的
，以 一
种学理的 研双相不锈钢的微观组织、
性能、
裂机理 为重
要[4]o
1. 一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600
2. —重集团大连工程技术有限公司助理工程师，辽宁大连116600
以轧态2205双相不锈钢为研究对象 '
对 微组织 态、 观力学性能、 含
进行学 ，纳米压痕试验对两相组织
进行纳米压痕试验，通过 的试验 推算出
各相的力学性能。在 微观组织间
的相 结 两相的力学性能
理，通过与微拉伸试验 行对
以验证由纳米压痕试验
推两相力学性能 :
的性
1 2205双相不锈钢
钢 研 在 20
70
于双相不锈钢的研工 151 钢种为00Crl8Ni5Mo3Si2的双相不锈钢，并 纳
由于 内双相不锈钢的研 工
在 有 研
以 双相不
锈钢 于第二 的研 对象2205双相不
锈钢由瑞典在 60 针对3RE60钢改进研发而，该双相不锈钢在内 广泛，力
学性能和工性能优良。
1.1显微组织观察
笔者采用仪器为KEYENCE VHX-100光学显
微镜(见图1 (a ))，金相试样从轧态2205双相不
锈钢(见图1 (b ))中所标记区域内获取。
试样经热镶 行镶嵌。为满足观察 ，首
先用150*粗砂纸打磨试样 面，然 逐渐增大砂
纸数到2000*，打磨至试样面没有细微划痕， 最 抛光膏对试样面抛光处理，达到镜面效
一重技术、热加#■
果。为了能够清楚观察到双相不锈钢的两相组织结
构，还需对其进行电解处理，配制30g的KOH和
100ml的H&O混合溶液，阴凉通风处静置15min,
电解电压为5V，电解时间为3s，为避免残余腐
蚀液对试样表面的腐蚀，电解结束后立即用酒精清
英文祝福语
洗试样表面，随后用热风机吹干试样装入试样：
用显微镜观察试样中的相⑹和
相（"）轧制状分布。其
相深色，相浅色，为基
状，奥氏体相状在相均分布（见a）KEYENCE VHX-100显微镜b）轧态2205试验坯料
图1显微镜和试验钢坯料
图2轧态试验钢微观组织形貌
broken hearted1.2铁素体含量测量
使用线切割机在试验坯料上分12mm!12
mm x6mm的试样，用FMP30铁素体测量仪测量
（见图3），的Fe
0.01%~80%。
用5分两试样的Fe
（表1），综合两试样Fe的t
52.30%，数据2205双相不锈钢内"
相和！相的含量：
1.3力学性能测试
在线切割机上按照GB/T228.1-2010国家标准料微试样，行轧制料，
度为2mm（（4（a））。
微试验均在8801疲劳试验机（见图4（b））上进行。
在试验机上以拉伸速率0.10mm/s，每个试样为止，9试样，在相同条
表1Fe含量测量数据表（％）试样数据一数据二数据三数据四数据五综合均值样品一51.0253.4551.3753.2852.2952.30
样品二52.1452.5653.5151.3352.1252.30
图3FMP30型号Fe测量仪
试验，发现所有试样（见图4（））都拉断在标
0.10mm/s试样拉伸试验得到的
-（见图5（a））到双相不锈钢的为505.79MPa，为46.07%。
-为-
（5（b））。
2纳米压痕的介绍
压料能试一的料性能试，用：外学者Dao问等人对试验获得的载荷-位移曲线拟合处
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(a)微拉伸试样尺寸(mm ) (&) Instron 8801型号疲劳试验机
(c )拉断后的微拉伸试样
图4微拉伸实验器材
(B d s ) W ^K H
1000-10001-------------------------------------------------------------------------------(蚩)首
M
201
0.00 0.05 0」0 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
真应变
()室温2205双相不锈钢真应力-应变曲线
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
工程应变
(a)室温2205双相不锈钢工程应力-应变曲线
c l图5拉伸实验曲线
理，并通过系统分析总结出了一套利用纳米压痕试
验响应曲线反推金属材料力学性能曲线的模型(以
下简称：Dao 模型)。首先对实验钢 纳米压痕测 试，分
！相 "相纳米压痕试验的响应曲
线，后结 Dao 总结出的推 式，分 推算试验钢!相 "相的力学性能曲线。2.1纳米压痕试验原理
出前市面上常用的纳米压痕测试材料
性能系统及部分成(6)。2.2 纳米压痕试验器材
本文米用TriboIndenter 纳米压痕系统(见图7
(a )), 用Berkovich 压头 试 的试样(见
图7 (b ))。
A —载物台；
B 一压头；
C 一加载线圈；
D 一电容式位移传感
器；E —支撑弹簧。
图6纳米压痕测试系统原理
833 !N/s ，加载 载段的
6 s ,
压载 2+，
试验载-位
移曲线(8)。
了 物理试验 结 的 性，
2.3纳米压痕试验结果分析
纳米压痕物理实验机上 载5 000 !?，
试系统压头的压下 载
测试试样上 10 ， 的 2205双相钢室温 下 相 相，
在相载荷力作用下， 试验压头压入材料面
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的深度就可以判断出奥氏体相和铁素体相-7］。将
得到的物理试验曲线进行拟合处理，得出试验双相
不锈钢奥氏体相和铁素体相的载荷-位移曲线（见
图9）。catfight
2.4对试验曲线进行拟合处理
使用Dao 问模型对试验钢两相的载荷-位移曲
阳光女孩英文线进行拟合处理得到拟合曲线（见图10）。
3内部组织性能计算
3.1 Dao 模型反推过程
（a ） TriboIndenter 纳米压痕测试系统
图7纳米压痕测试系统
（#）试验试样
Dao 等人为了探索一套完整的反推流程，分别
进行了 76组物理试验，并用有限元模拟计算 了每个组合的载荷-位移曲线，选取材料组合包括 日常使用的 合，试验 ，
出一套完整的 纳米压痕载荷-位移曲线反推材料力学性能曲线的公式。
利用Dao 等人 的推算流程（见图11）可以从纳米压痕曲线推算出材料微观组的-应
算。
3.2材料模型
试验用钢的-应变曲线
到
从 ， 以的应力-
系
在线英文翻译
!）试验载荷-时间曲线示意图 （b ）试验载荷-位移曲线示意图
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ubicc “JI 闫
正推过程
图11 Dao 模型反推流程
式中：！一试验材料的杨氏模量（GPa ）;"—强度
系数；#—应变硬化指数；!=—屈服应力 （MPa ）;"—屈服应变。
所以试验2205双相不锈钢!=!=时满足下式：
造型师学校!==E "==E "：............................................. ⑵
得到实验钢的应力-应变曲线模型（见图12）。
3.3求解2205双相不锈钢微观组织性能
首先提取奥氏体相和铁素体相纳米压痕拟合曲
线的重要计算参数（见表2）。
将表2中的拟合数据带入图11的推算 ， 复的拟合推算 试验钢奥氏体和铁素体的 应力-应变力 性 （见表3）。
将推算到的力性能参数入到
的
弹塑性力 模型中（见图⑵ 用Origin 的曲线
绘制功能得到奥氏体和铁素体的应力-应变曲线
图12应力-应变曲线模型
（见图13）o
3.4微观组织性能与宏观性能对比分析
笔者按 2205双相不锈钢相的成比 将 奥氏体相和铁素体相的力 性 曲线拟合 将推算
的模拟曲线与试验 曲线
比（见图14）,
表2两相纳米压痕实验曲线的拟合参数
相种类参与深度（nm ）
拟合参数（GPa ）
卸载刚度（kN/m ）
最大深度（nm ）
最大载荷力（pN ）
奥氏体140.7171.8193.5
172.15 000铁素体
142.9
153.8
248.5
181.8
5 000
表3两相力学性能计算结果
相种类硬化指数泊松比屈服应力（MPa ）
复合弹性模量（GPa ）弹性模量 （GPa ）
benighted
奥氏体
0.160.3393.5
237.5235.8铁素体 0.070.3
474.2
196.7
195.9
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