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超级双相不锈钢(Super Duplex Stainless Steel)的固溶组织中奥氏体相和铁素体相比例接近1:1,较少相的含量也必须在30%以上,其兼具铁素体不锈钢高强度、良好韧性和奥氏体不锈钢良好的耐腐蚀性能、良好的机械性能以及较好的铸造性能和焊接性能,已取代了304、316L,甚至取代了904L等奥氏体不锈钢,广泛应用于海洋工程、油田、化工、船舶等领域。铝热反应熔化法是一种先进、新颖的制备微纳结构纳米晶材料的方法,高形核率、大的过冷度和散热铜底材提供的高冷却速率(约150 K/s)使得晶粒在凝固后仍保持在纳米尺寸。本文采用铝热反应熔化法,加入不同含量Fe2O3制备出具有纳米晶/微米晶复相的大尺寸块体2507超级双相不锈钢,研究不同残余Al含量对这种工艺制备的2507超级双相不锈钢组织的影响,以及退火处理对奥氏体/铁素体两相比例、纳米晶/微米晶复相晶粒尺寸和体积分数以及它们在钢中分布的影响,概括为以下几条:1.当Fe2O3和Al物质的量比为1:2时,也就是理论完全反应配比,因2507双相不锈钢中高的合金元素含量(25%Cr、7%Ni、4%Mo)降低了铝热反应热量,Al易熔于钢液,导致铝热反应不能完全发生,最终有2-3%的铝残留并固溶于钢中,虽然此时钢的化学成分符合要求,但铝是强铁素体形成元素,此时钢只由单相铁素体相组成。铸态钢中纳米晶平均晶粒尺寸为23nm,体积分数为85%,微米晶平均晶粒尺寸为180nm,体积分数为15%。2.为消除残余Al对钢微观组织的影响,加入过量Fe2O3使得Al完全转化为Al2O3从而不残留于钢中。氧化铁过量10%时,铁素体体积分数为68%,奥氏体体积分数为32%,此时两相比例虽符合双相钢要求,但因1.5%的残余Al影响,奥氏体相偏少;Fe2O3过量15%时,钢基体分布0.7%的铝,铁素体体积分数为63%,奥氏体体积分数为37%,奥氏体相进一步增多;Fe2O3过量20%时,钢基体分布0.2%的铝,铁素体体积分数为57%,奥氏体体积分数为43%,此时这种微纳结构双相钢具有较好的两相比例,已消除铝对两相比例的显著影响。3.为调控纳米晶、微米晶两相比例,改善铸态钢塑性,将Fe2O3欠量下得到的钢在800℃下退火8h后,纳米晶平均晶粒尺寸为25nm,微米晶平均晶粒尺寸为227nm,体积分数为20%。与铸态2507相比,纳米晶晶粒尺寸和体积分数变化不大,而微米晶平均晶粒尺寸增大,说明800℃-8h热处理后,纳米晶在热处理过程中没有发生明显长大行为,而微米晶长大比较显著,但此时微米晶体积分数变化不大;在1000℃下退火0.5h后,纳米晶平均晶粒尺寸增大为31nm,微米晶平均晶粒尺寸增大至306nm,微米晶体积分数为30%,说明1000℃保温0.5小时后,纳米晶和微米晶都发生明显的长大,微米晶体积分数增加明显,说明1000℃较适宜调控这种钢的纳米晶/微米晶两相晶粒尺寸和体积分数以及它们在钢中的分布。4.Fe2O3过量20%时所得双相钢有较好的两相比例,但此时有较多Si C非金属夹杂物和σ相,为消除非金属夹杂物、σ相以及调控钢中纳米晶/微米晶复相比例,采用1000℃下退火处理。退火1h后,点状和条状析出物几乎消失,并且发生δ向γ的转变,奥氏体相增加,此外,退火1h后,微米晶长大,纳米晶没有明显变化;退火1.5小时后,两相呈块状分布,并且趋于均匀化,点状非金属夹杂物明显减少,纳米晶发生了明显的团聚和长大,微米晶分布更加广泛;退火2h后,δ向γ转化明显,纳米晶、微米晶长大均发生显著长大。