時(shí)效工藝對雙相不銹鋼耐蝕性和力學(xué)性能的影響

徐國民，全會(huì)峰，舒安濤

（1.廣東華鰲合金新材料有限公司，廣東 鶴山 529727；2.襄陽五二五泵業(yè)有限公司，湖北 襄陽 441000）

雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高，具有優(yōu)良的耐孔蝕性能[1]。

經(jīng)固溶處理后的雙相不銹鋼，在較低溫度下（340℃～950℃）加熱、保溫時(shí)，像鐵素體、奧氏體不銹鋼一樣，會(huì)析出碳化物和金屬間相，所形成的碳化物多為Cr23C6型，且分布在奧氏體-鐵素體晶界上。雙相不銹鋼的含碳量較低，析出的碳化物很少，不能布滿整個(gè)奧氏體-鐵素體晶界，因此形成的碳化物不能形成網(wǎng)絡(luò)狀，所以在晶界上析出的磁化物對不銹鋼腐蝕性能的影響較小。在340℃～950℃范圍內(nèi)加熱、保溫時(shí)會(huì)析出的金屬間相有α相、σ相及χ相等。這些相硬而脆，會(huì)對鐵素體相有強(qiáng)化效應(yīng)，可利用這種強(qiáng)化效應(yīng)來提高雙相不銹鋼的耐磨性。因此對既有耐磨又要腐蝕的雙相不銹鋼零件可進(jìn)行時(shí)效析出金屬相來提高零件的耐磨性。

1 試驗(yàn)方法

“試棒的鑄造（澆注、清理）→試棒的編號→試棒的熱處理→試棒的加工→試樣實(shí)驗(yàn)”，本實(shí)驗(yàn)選用雙相不銹鋼CD4MCuN、1.4468、CD3MWCuN（A890 6A）進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 組織分析

腐蝕液：5mgFeCl3+25ml，乙醇+25mlH2O+25mlHCL放大倍數(shù)：250X。

2.1.1 CD4MCuN在不同熱處理工藝下的金相組織

Q GR為固溶處理下組織，鐵素體及相界上無碳化物及金屬間相的析出；Q500-3、Q500-6、Q500-10為固溶后在500℃分別時(shí)效3h、6h、10h的組織，鐵素體及相界上已經(jīng)有少量碳化物和較多金屬間相的析出；Q850-1，Q850-3為固溶后在850℃分別時(shí)效1h、3h的組織，鐵素體及相界上大量析出σ等金屬間相。

2.1.2 1.4468在不同熱處理工藝下的金相組織

HC GR為固溶處理下組織，鐵素體及相界上無碳化物及金屬間相的析出；HC500-3、HC500-6、HC500-10為固溶后在500℃分別時(shí)效3h、6h、10h的組織，鐵素體及相界上已經(jīng)有少量碳化物和較多金屬間相的析出；HC800-1，HC800-3為固溶后在800℃分別時(shí)效1h、3h的組織，鐵素體及相界上大量析出σ等金屬間相[2]。

2.2 耐蝕性分析

“腐蝕標(biāo)準(zhǔn)及條件按照ASTM G48，方法B：22℃，6%FeCl3溶液，72h”。

2.2.1 CD4MCuN材質(zhì)的腐蝕

QGR為固溶處理后發(fā)生明顯的縫隙腐蝕，但未見點(diǎn)蝕現(xiàn)象；Q500-3為固溶處理后在500℃時(shí)效3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕；Q500-6為固溶處理后在500℃時(shí)效6h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和少量點(diǎn)腐蝕；Q500-10為固溶處理后在500℃時(shí)效10h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕，但未見點(diǎn)蝕現(xiàn)象；Q850-1、Q850-3為固溶后在850℃分別時(shí)效1h、3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和大量的點(diǎn)蝕蝕坑。

圖1 CD4MCuN材質(zhì)不同熱處理腐蝕失重值比較

為CD4MCuN材質(zhì)經(jīng)不同熱處理后的點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕質(zhì)量失重值比較，由圖2可以得出該材質(zhì)在不同熱處理工藝下耐點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕能力有強(qiáng)到弱排序?yàn)椋篞GR＞Q500-6＞Q500-10＞Q500-3＞Q850-1＞Q850-3。

小結(jié)：CD4MCuN材質(zhì)在固溶處理、固溶處理后500℃時(shí)效6h、固溶處理后500℃時(shí)效10h后材料耐腐蝕性能最好且相當(dāng)。

2.2.2 1.4468材質(zhì)的腐蝕

HCGR為固溶處理后未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕；HC500-3為固溶處理后在500℃時(shí)效3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕，未見點(diǎn)蝕；HC500-6、HC500-10為固溶處理后在500℃分別時(shí)效6h、10h，未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕；HC800-1為固溶后在850℃時(shí)效1h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕；HC800-3為固溶后在800℃時(shí)效3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和大量點(diǎn)蝕[3]。

圖2 1.4468材質(zhì)不同熱處理腐蝕失重值比較

圖2為1.4468材質(zhì)經(jīng)不同熱處理后的點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕質(zhì)量失重值比較，可以得出該材質(zhì)在不同熱處理工藝下耐點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕能力有強(qiáng)到弱排序?yàn)椋篞GR、Q500-6、Q500-10＞Q500-3＞Q800-1＞Q800-3。

小結(jié)：1.4468材質(zhì)在固溶處理、固溶處理后500℃時(shí)效6h、固溶處理后500℃時(shí)效10h后材料耐腐蝕性能最好且相當(dāng)。

2.2.3 CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)的硬度實(shí)驗(yàn)

圖3 CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)不同熱處理硬度值比較

圖3為CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)經(jīng)過不同熱處理后的硬度值（HRC）比較，可以得出該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的硬度值由大到小排序：6A500-6＞6A500-10＞6A500-3＞6AGR。

小結(jié)：CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)經(jīng)固溶后500℃時(shí)效6h的硬度值（27.2HRC）最大[4]。

2.2.4 沖擊實(shí)驗(yàn)

（1）CD4MCuN材質(zhì)的沖擊實(shí)驗(yàn)。CD4MCuN材質(zhì)經(jīng)過不同熱處理后的沖擊吸收功比較，可以得出該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的材料韌性由大到小排序：QGR＞Q500-6＞Q500-3＞Q500-10＞Q850-1＞Q850-3。

小結(jié)：CD4MCuN 材質(zhì)經(jīng)固溶后沖擊吸收功（129.8J）最大。

（2）1.4468材質(zhì)的沖擊實(shí)驗(yàn)。1.4468材質(zhì)經(jīng)過不同熱處理后的沖擊吸收功比較，可以得出該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的材料韌性由大到小排序：HCGR＞HC500-6＞HC500-10＞HC500-3＞HC800-1＞HC800-3。

小結(jié)：1.4468材質(zhì)經(jīng)固溶后沖擊吸收功（153.9J）最大。

（3）CD3MWCuN（A890 6A） 材 質(zhì) 的 沖 擊 實(shí) 驗(yàn)。CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)經(jīng)過不同熱處理后的沖擊吸收功比較，可以得出該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的材料韌性由大到小排序：6AGR＞6A500-6＞6A500-10＞6A500-3。

小結(jié)：CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)經(jīng)固溶后沖擊吸收功（125.1J）最大[5-7]。

2.2.5 拉伸實(shí)驗(yàn)

（1）CD4MCuN材質(zhì)的拉伸實(shí)驗(yàn)。CD4MCuN材質(zhì)經(jīng)過不同熱處理后的力學(xué)性能（Rm、Rp0.2、A）比較，可以得出以下結(jié)論：

①該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的屈服強(qiáng)度都＞480MPa，抗拉強(qiáng)度都＞690MPa，斷后伸長率都＞25%，都滿足該材質(zhì)的性能要求；②該材質(zhì)經(jīng)固溶后在500℃分別時(shí)效6h、10h綜合力學(xué)性能最好（最大的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，合適的斷后伸長率）。

（2）1.4468材質(zhì)的拉伸實(shí)驗(yàn)。1.4468材質(zhì)經(jīng)過不同熱處理后的力學(xué)性能（Rm、Rp0.2、A）比較，可以得出以下結(jié)論：

①該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的屈服強(qiáng)度都＞480MPa，抗拉強(qiáng)度都＞690MPa，斷后伸長率都＞25%，都滿足該材質(zhì)的性能要求；②該材質(zhì)經(jīng)固溶后在500℃分別時(shí)效6h、10h綜合力學(xué)性能最好（最大的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，合適的斷后伸長率）；③該材質(zhì)經(jīng)固溶后在800℃分別時(shí)效1h、3h，試樣拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)生脆斷，沒有屈服強(qiáng)度和斷后伸長率。

3 結(jié)論

通過對以上三種奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼在不同熱處理工藝下的金相組織、腐蝕數(shù)據(jù)、硬度值、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率等性能的分析，可得出以下結(jié)論：

（1）CD3MWCuN（A890 6A）、CD4MCuN、1.4468三種雙相不銹鋼材質(zhì)經(jīng)固溶處理后在500℃時(shí)效10h，具有最優(yōu)的硬度值、腐蝕能力、沖擊韌性、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率，能夠提高雙相不銹鋼在介質(zhì)中的耐磨損和耐腐蝕能力。

（2）奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼在800℃～850℃時(shí)效處理后腐蝕性能和沖擊韌性嚴(yán)重降低，在實(shí)際鑄造生產(chǎn)和熱處理過程中應(yīng)盡量避免雙相不銹鋼在800℃～850℃時(shí)的停留時(shí)間。