海水淡化泵用1.4517雙相不銹鋼組織及硬度研究

李少龍 師建濤

（鄭州電力機械廠，河南鄭州 450000）

海水淡化泵用1.4517雙相不銹鋼組織及硬度研究

李少龍 師建濤

（鄭州電力機械廠，河南鄭州 450000）

1.4517雙相不銹鋼作為海水淡化泵的重要材料，具有優良的耐腐蝕性能。但是，在實際應用中，1.4517雙相不銹鋼硬度較低，受到海水的沖磨和零部件相互之間的接觸摩擦的影響，海水淡化泵容易產生磨損，從而降低產品的使用壽命。本文對1.4517雙相不銹鋼固溶處理后的組織和硬度進行分析，研究發現：固溶處理后，試驗鋼組織中的σ相可以得到減少或消除，兩相組織分布更加均勻，硬度有所提高，其合理的固溶處理溫度為1 040～1 080℃，固溶處理后試樣硬度值可以達到27.8～28.7HRC。

1.4517雙相不銹鋼；固溶處理；硬度；組織

目前，海水淡化技術主要有蒸餾法和滲透法2種。近年來，反滲透淡化技術因設備投資少、能量消耗低、建造周期短等優點發展迅速。海水淡化泵是反滲透海水淡化設備的重要元件。海水淡化泵長期受海水浸潤，內部又有高速流動的海水，基體需要克服各種形式的腐蝕，運行工況比較惡劣。與此同時，海水淡化泵內部葉輪高速旋轉，需要葉輪和泵軸具有足夠的強度［1］。

海水淡化泵用材料一般有雙相不銹鋼、奧氏體不銹鋼、低鎳鉻合金鑄鐵，其中雙相不銹鋼具有優異的耐海水腐蝕能力，具有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的雙重優點，其將奧氏體不銹鋼所具有的優良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物應力腐蝕性能結合在一起［2-7］。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比，強度更高；和低鎳鉻合金鑄鐵相比，抗腐蝕性能更優。在國外生產的一些海水淡化泵上，雙相不銹鋼得到普遍應用。

1.4517 雙相不銹鋼是歐洲標準（EN10283）的一個鋼種，廣泛應用于海水淡化泵的關鍵零部件，比如進出水殼體、葉輪、導葉等。該鋼種具有優良的耐腐蝕性能和其他綜合性能。但是在實際應用中，1.4517雙相不銹鋼硬度依然較低，受到海水的沖磨和零部件相互之間的接觸摩擦的影響，海水淡化泵依然容易產生磨損，從而降低產品的使用壽命。材料的磨損與材料的硬度有直接關系，隨著雙相不銹鋼硬度的提升，零部件的抗磨損性能也會改善。對于1.4517雙相不銹鋼的熱處理組織及性能，國內外研究較少。白景宇［8］曾對1.4517雙相不銹鋼進行了組織分析，但是沒有涉及硬度和其他機械性能。本文旨在以1.4517雙相不銹鋼為對象，對其固溶處理后的組織和硬度進行觀察和檢測，分析固溶處理對1.4517雙相不銹鋼組織及硬度的影響，確定合適的固溶處理溫度，在保證優良綜合性能的基礎上提高其硬度。

1 研究方法

該研究材料為鑄造雙相不銹鋼1.4517，中頻爐澆注試塊，光譜儀測得其化學成分如表1所示，各元素含量均符合標準EN10283。制取固溶處理試樣，試樣依次編號為1#、2#、3#、4#。

表11.4517材料試樣化學成分（質量比重）與標準成分對照表

參照標準EN10283，并結合實際生產經驗，制定本次研究的固溶處理參數如表2所示。固溶處理爐為XD-1400S高溫箱式電阻爐。試樣1#為原鑄造態，不經過固溶處理；試樣2#、試樣3#、試樣4#經過固溶處理，對所有試樣進行硬度檢測，然后對試樣進行磨光、拋光，用氯化鐵鹽酸溶液進行侵蝕，在光學顯微鏡下對其組織進行觀測分析。

表2 試驗采用的固溶處理工藝

2 結果與分析

2.1 試樣硬度

1.4517 雙相不銹鋼試樣固溶處理后，對其硬度進行檢測，平均值如表3所示。原鑄造態下，試樣硬度最低，為26.3HRC。經固溶處理后，試樣硬度有所提高，固溶溫度為1 040℃時，試樣硬度為27.8HRC，增長1.5HRC，并且隨著固溶處理溫度的提高，試樣硬度持續增長。從1 040℃提升到1 120℃時，每提升40℃，試樣洛氏硬度提高值依次為0.9、0.8HRC。由此可以得出，1.4517雙相不銹鋼經固溶處理后，硬度會有所提高，并且隨固溶溫度的升高而提升。但是這種提升是有限的，試樣硬度改變并不明顯。所以，固溶處理溫度的提升對提高1.4517雙相不銹鋼的硬度的影響并不大。

2.2 金相組織

雙相不銹鋼組織中α相和γ相的比例、形態和分布是影響不銹鋼硬度的關鍵因素，本試驗采用表2的工藝以對比固溶處理及不同固溶處理溫度對試驗鋼組織的影響，圖1所示為試樣4種不同狀態下的金相組織。

表3 試樣固溶處理后硬度值

圖1 200倍下1.4517金相圖

圖1中1#是試驗鋼鑄造態原始金相，灰色區域為α相，白色區域為γ相，白色的γ相分布在α基體中，兩相分布不均勻，這對材料的接觸疲勞強度和硬度的均勻性都存在不利影響。在α/γ兩相部分交界處有黑色的σ相析出，σ相硬且脆，可明顯降低不銹鋼的韌性和塑性。同時，因為析出σ相后造成了貧鉻區，會引起不銹鋼的抗晶間腐蝕和抗氧化能力降低，降低不銹鋼的耐腐蝕性能［9，10］。圖1中2#、3#、4#是試驗鋼經過固溶處理后的金相，可以發現，σ相得到有效的減少或消除，并且α/γ雙相組織分布更加均勻，不銹鋼中含有的鉻、鉬、銅、氮等合金元素分布也會更加均勻。由此可知，1.4517不銹鋼經過固溶處理，力學性能、抗腐蝕性能及抗接觸疲勞強度都會有所改善。

不同的固溶溫度對雙相不銹鋼兩相的比重會產生影響，固溶溫度從1 040℃提升到1 120℃，試樣中的白色γ相逐漸減少，黑色α相逐漸增加。在實際應用中，α相含量在45%～55%，即α/γ≈1時，雙相不銹鋼具有最佳的綜合性能。固溶溫度在1 040、1 080℃和到1 120℃時，α相含量依次為51%、54%、58%。固溶溫度在1 120℃時，α相含量超過了55%，這對雙相鋼的綜合性能是不利的。

2.3 討論

通過對1.4517雙相不銹鋼試樣不同固溶處理溫度下的硬度檢測和金相觀測可以發現，雙相不銹鋼的硬度和組織相關。隨著固溶溫度的提升，不銹鋼中鐵素體含量會增加。和奧氏體相比，鐵素體硬度更大一些，但是這種硬度上的差別并不大。所以，隨著鐵素體含量的增加，試樣的硬度值會出現有限的增長。但這種增長對提高雙相不銹鋼的硬度，從而提高耐磨性來說，意義并不大。相反，隨著鐵素體含量的不斷增加，對雙相不銹鋼的抗腐蝕性能和其他性能來說是不利的。

通過1 040～1 080℃固溶處理，可以均化組織，改善兩相分布，在一定程度上可以提高材料的硬度；同時，減少或者消除脆性σ相，改善材料的韌性和抗腐蝕性。

3 結論

①1.4517雙相不銹鋼鑄造態下α/γ兩相分布不均勻，在兩相交界處會析出σ相，經固溶處理后，雙相組織分布更加均勻，σ相可以得到改善或消除。

②固溶處理溫度從1 040℃提升到1 120℃時，1.4517鐵素體比重持續增加，固溶溫度在1 120℃時，鐵素體含量達到58%。

③固溶處理后，1.4517雙相鋼硬度會有提升，但是提升幅度較小。固溶處理溫度的提升對改變雙相鋼硬度的影響并不顯著。在1 040～1 080℃時，試樣能夠得到較好的綜合性能。

［1］黃程.海水淡化泵及材料發展淺述［J］.水泵技術，2010 （4）：34-36.

［2］Badji R，Bacroix B，Kahloun C，et al.Phase transformation and mechanical behavior in annealed 2205 duplex stainless steel welds［J］.Materials Characterization，2008（59）：447-453.

［3］Huh MJ，Kim SB，Paik W，et al.Effect of Mo substitution by W on impact property of heat affected zone in duplex stainless steel［J］.Script Mater，1997（7）：775-781.

［4］Chen TH，Yang JR.Microstructural characterization of simulated heat affected zone in a nitrogen-containing 2205 duplex stainless steel［J］.Materials Science&Engineering A，2002（1-2）：166-181.

［5］Sato YS，Nelson TW，Sterling CJ，et al.Microstructure and mechanical properties of friction stir welded SAF 2507 super duplex stainless steel［J］.Materials Science&Engineering A，2005 （1-2）：376-384.

［6］Han Y，Zou DN，Chen ZY，et al.Investigation on hot deformation behavior of 00Cr23Ni4N duplex stainless steel under medium-high strain rates［J］.Materials Characterization，2011（2）：198-203.

［7］吳玖.雙相不銹鋼［M］.北京：冶金工業出版社，1999.

［8］白景宇，吳智信，李鏡銀.奧氏體線解方程在1.4517鑄造雙相不銹鋼中的應用調整［J］.材料開發與應用，2012（1）：5-9.

［9］賀宏，李靜媛，秦麗雁，等.不同變形工藝后0Cr32Ni7Mo4N雙相不銹鋼的組織及性能［J］.金屬學報，2014 （50）：1-10.

［10］宋維錫.金屬學［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

Study on Structure and Hardness of 1.4517 Duplex Stainless Steel for Seawater Desalination Pump

Li ShaolongShi Jiantao
（Zhengzhou Electric Power Machinery Factory，Zhengzhou Henan 450000）

As an important material of seawater desalination pump,1.4517 duplex stainless steel has excellent corrosion resistance.However,the hardness of this material is low.The components are easy to wear during the operation process of seawater desalination pump and reduce the service life.By studying the effect of solution treatment on structure and hardness of 1.4517 duplex stainless steel,the results showed that after the solution treatment,the σphase could be reduced or eliminstrd,two-phase structure was more uniform,and the hardness was inceased.The reasonable solution treatment temperature is 1 040～1 080℃,and after the solution treatment,the hardness can reach 27.8～28.7 HRC.

1.4517 duplex stainless steel；solution treatment；hardness；structure

TG142.1

A

1003-5168（2017）04-0103-03

2017-03-12

李少龍（1988-），男，碩士，研究方向：金屬材料分析及熱處理。