双相不锈钢(Duplex Stainless Steel)是不锈钢的一个重要分支,因显微组织由铁素体和奥氏体构成而得名,通常以铁素体为基体(体积分数在50~70%之间),其余为奥氏体。由于其具有很高的耐应力腐蚀破裂、耐孔蚀和缝隙腐蚀的性能以及良好的综合力学性能等特点而被广泛地应用于化学、石化、纸浆、造纸和石油等工业。然而,在高温热加工变形时由于两相的软化机制不同,容易促使在相界的裂纹成核和扩展,从而导致双相不锈钢的热加工工艺性能较差,极大影响成材率。本文以添加稀土Ce的铸态超级双相不锈钢为研究对象,通过金相观察、扫描电子显微镜、显微硬度、热模拟拉伸/压缩实验、冲击实验等研究方法对不同稀土添加量试样的显微组织、室温与高温力学性能以及高温变形行为进行表征和分析,探讨了稀土的细化、净化、微合金化及变质作用,并重点分析了稀土改善超级双相不锈钢热加工性能的机理。对铸态00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的显微组织的研究表明:稀土Ce是一种奥氏体形成元素,可以细化组织,使得等轴晶区域增多,减少大的树枝晶存在;稀土Ce具有较强的脱氧脱硫能力,能够与氧、硫发生反应,生成球状稀土氧化物、稀土硫氧化物(RE2O2S)或稀土硫化物(RE2S3),取代长条状的硫化物夹杂,改善钢材的韧塑性尤其是横向冲击性能,改善钢的各向异性。通过稀土Ce的变质夹杂及净化晶界的作用,提高了钢的室温冲击韧性,稀土Ce添加量为0.110mass%和0.220mass%的钢的冲击功与不添加稀上Ce的钢相比,分别提高了14 J和61 J,增幅达到了21.9%和61.4%。观察冲击后断口观察发现,稀土Ce促使钢从准解理断裂向韧窝断裂转变,韧窝中出现的细小球状稀土夹杂物是其转变的主要原因。冲击韧性的提高对于容易产生热裂失效的超级双相不锈钢的热加工是有利的,这也为降低钢的成本,提高经济效益提供了新的途径。对铸态00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的高温热塑性的研究表明:当稀土Ce添加量为0.165 ~0.220mass%时,拉伸试样断面收缩率和延伸率都有大幅度提高,此类成分钢种的热塑性最佳。用Gleeble-3800热模拟机系统研究了铸态00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的热变形行为。稀土Ce的加入可以提高热压缩过程中钢种的变形抗力,减小钢种热加工过程产生热裂的倾向。利用Zener- Hollomon关系式,通过线性回归计算超级双相不锈钢的热变形激活能,未添加稀土Ce的铸态00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的热变形激活能为522 kJ/mol,应力指数为5.84,其热变形方程为:确定了变形抗力(峰值应力)与Z参数的关系式分别为:结果表明:在同样的热压缩变形条件下,添加适量的稀土Ce可有效降低超级双相不锈钢的热变形激活能。给出了不同应变量、变形温度及应变速率下的应变速率敏感性指数及能量消耗效率,建立了00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的热加工图(Processing map)。