時效工藝對雙相不銹鋼耐蝕性和力學性能的影響

徐國民，全會峰，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到30%的不銹鋼。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，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，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高，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，像鐵素體、奧氏體不銹鋼一樣，會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，不能布滿整個奧氏體-鐵素體晶界，因此形成的碳化物不能形成網(wǎng)絡狀，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、保溫時會析出的金屬間相有α相、σ相及χ相等。這些相硬而脆，會對鐵素體相有強化效應，可利用這種強化效應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行時效析出金屬相來提高零件的耐磨性。

1 試驗方法

“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→試樣實驗”，本實驗選用雙相不銹鋼CD4MCuN、1.4468、CD3MWCuN（A890 6A）進行熱處理實驗。

2 結果與討論

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

“腐蝕標準及條件按照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，但未見點蝕現(xiàn)象；Q500-3為固溶處理后在500℃時效3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和點腐蝕；Q500-6為固溶處理后在500℃時效6h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和少量點腐蝕；Q500-10為固溶處理后在500℃時效10h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕，但未見點蝕現(xiàn)象；Q850-1、Q850-3為固溶后在850℃分別時效1h、3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和大量的點蝕蝕坑。

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蝕及縫隙腐蝕能力有強到弱排序為：QGR＞Q500-6＞Q500-10＞Q500-3＞Q850-1＞Q850-3。

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

2.2.2 1.4468材質(zhì)的腐蝕

HCGR為固溶處理后未發(fā)現(xiàn)點蝕及縫隙腐蝕；HC500-3為固溶處理后在500℃時效3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕，未見點蝕；HC500-6、HC500-10為固溶處理后在500℃分別時效6h、10h，未發(fā)現(xiàn)點蝕及縫隙腐蝕；HC800-1為固溶后在850℃時效1h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和點蝕；HC800-3為固溶后在800℃時效3h，發(fā)生明顯縫隙腐蝕和大量點蝕[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蝕及縫隙腐蝕能力有強到弱排序為：QGR、Q500-6、Q500-10＞Q500-3＞Q800-1＞Q800-3。

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

2.2.3 CD3MWCuN（A890 6A）材質(zhì)的硬度實驗

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

2.2.4 沖擊實驗

（1）CD4MCuN材質(zhì)的沖擊實驗。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：CD4MCuN 材質(zhì)經(jīng)固溶后沖擊吸收功（129.8J）最大。

（2）1.4468材質(zhì)的沖擊實驗。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：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 驗。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：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 拉伸實驗

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

①該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的屈服強度都＞480MPa，抗拉強度都＞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℃分別時效6h、10h綜合力學性能最好（最大的抗拉強度和屈服強度，合適的斷后伸長率）。

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

①該材質(zhì)在不同熱處理工藝下的屈服強度都＞480MPa，抗拉強度都＞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℃分別時效6h、10h綜合力學性能最好（最大的抗拉強度和屈服強度，合適的斷后伸長率）；③該材質(zhì)經(jīng)固溶后在800℃分別時效1h、3h，試樣拉伸實驗發(fā)生脆斷，沒有屈服強度和斷后伸長率。

3 結論

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、抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率等性能的分析，可得出以下結論：

（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℃時效10h，具有最優(yōu)的硬度值、腐蝕能力、沖擊韌性、抗拉強度、屈服強度、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℃時效處理后腐蝕性能和沖擊韌性嚴重降低，在實際鑄造生產(chǎn)和熱處理過程中應盡量避免雙相不銹鋼在800℃～850℃時的停留時間。