时效工艺对双相不锈钢耐蚀性和力学性能的影响

2021-01-06徐国民全会峰舒安涛

中国金属通报 2020年15期

徐国民，全会峰，舒安涛

（1.广东华鳌合金新材料有限公司，广东鹤山 529727；2.襄阳五二五泵业有限公司，湖北襄阳 441000）

双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高，具有优良的耐孔蚀性能[1]。

经固溶处理后的双相不锈钢，在较低温度下（340℃～950℃）加热、保温时，像铁素体、奥氏体不锈钢一样，会析出碳化物和金属间相，所形成的碳化物多为Cr23C6型，且分布在奥氏体-铁素体晶界上。双相不锈钢的含碳量较低，析出的碳化物很少，不能布满整个奥氏体-铁素体晶界，因此形成的碳化物不能形成网络状，所以在晶界上析出的磁化物对不锈钢腐蚀性能的影响较小。在340℃～950℃范围内加热、保温时会析出的金属间相有α相、σ相及χ相等。这些相硬而脆，会对铁素体相有强化效应，可利用这种强化效应来提高双相不锈钢的耐磨性。因此对既有耐磨又要腐蚀的双相不锈钢零件可进行时效析出金属相来提高零件的耐磨性。

1 试验方法

“试棒的铸造（浇注、清理）→试棒的编号→试棒的热处理→试棒的加工→试样实验”，本实验选用双相不锈钢CD4MCuN、1.4468、CD3MWCuN（A890 6A）进行热处理实验。

2 结果与讨论

2.1 组织分析

腐蚀液：5mgFeCl3+25ml，乙醇+25mlH2O+25mlHCL放大倍数：250X。

2.1.1 CD4MCuN在不同热处理工艺下的金相组织

Q GR为固溶处理下组织，铁素体及相界上无碳化物及金属间相的析出；Q500-3、Q500-6、Q500-10为固溶后在500℃分别时效3h、6h、10h的组织，铁素体及相界上已经有少量碳化物和较多金属间相的析出；Q850-1，Q850-3为固溶后在850℃分别时效1h、3h的组织，铁素体及相界上大量析出σ等金属间相。

2.1.2 1.4468在不同热处理工艺下的金相组织

HC GR为固溶处理下组织，铁素体及相界上无碳化物及金属间相的析出；HC500-3、HC500-6、HC500-10为固溶后在500℃分别时效3h、6h、10h的组织，铁素体及相界上已经有少量碳化物和较多金属间相的析出；HC800-1，HC800-3为固溶后在800℃分别时效1h、3h的组织，铁素体及相界上大量析出σ等金属间相[2]。

2.2 耐蚀性分析

“腐蚀标准及条件按照ASTM G48，方法B：22℃，6%FeCl3溶液，72h”。

2.2.1 CD4MCuN材质的腐蚀

QGR为固溶处理后发生明显的缝隙腐蚀，但未见点蚀现象；Q500-3为固溶处理后在500℃时效3h，发生明显缝隙腐蚀和点腐蚀；Q500-6为固溶处理后在500℃时效6h，发生明显缝隙腐蚀和少量点腐蚀；Q500-10为固溶处理后在500℃时效10h，发生明显缝隙腐蚀，但未见点蚀现象；Q850-1、Q850-3为固溶后在850℃分别时效1h、3h，发生明显缝隙腐蚀和大量的点蚀蚀坑。

图1 CD4MCuN材质不同热处理腐蚀失重值比较

为CD4MCuN材质经不同热处理后的点蚀及缝隙腐蚀质量失重值比较，由图2可以得出该材质在不同热处理工艺下耐点蚀及缝隙腐蚀能力有强到弱排序为：QGR＞Q500-6＞Q500-10＞Q500-3＞Q850-1＞Q850-3。

小结：CD4MCuN材质在固溶处理、固溶处理后500℃时效6h、固溶处理后500℃时效10h后材料耐腐蚀性能最好且相当。

2.2.2 1.4468材质的腐蚀

HCGR为固溶处理后未发现点蚀及缝隙腐蚀；HC500-3为固溶处理后在500℃时效3h，发生明显缝隙腐蚀，未见点蚀；HC500-6、HC500-10为固溶处理后在500℃分别时效6h、10h，未发现点蚀及缝隙腐蚀；HC800-1为固溶后在850℃时效1h，发生明显缝隙腐蚀和点蚀；HC800-3为固溶后在800℃时效3h，发生明显缝隙腐蚀和大量点蚀[3]。

图2 1.4468材质不同热处理腐蚀失重值比较

图2为1.4468材质经不同热处理后的点蚀及缝隙腐蚀质量失重值比较，可以得出该材质在不同热处理工艺下耐点蚀及缝隙腐蚀能力有强到弱排序为：QGR、Q500-6、Q500-10＞Q500-3＞Q800-1＞Q800-3。

小结：1.4468材质在固溶处理、固溶处理后500℃时效6h、固溶处理后500℃时效10h后材料耐腐蚀性能最好且相当。

2.2.3 CD3MWCuN（A890 6A）材质的硬度实验

图3 CD3MWCuN（A890 6A）材质不同热处理硬度值比较

图3为CD3MWCuN（A890 6A）材质经过不同热处理后的硬度值（HRC）比较，可以得出该材质在不同热处理工艺下的硬度值由大到小排序：6A500-6＞6A500-10＞6A500-3＞6AGR。

小结：CD3MWCuN（A890 6A）材质经固溶后500℃时效6h的硬度值（27.2HRC）最大[4]。

2.2.4 冲击实验

（1）CD4MCuN材质的冲击实验。CD4MCuN材质经过不同热处理后的冲击吸收功比较，可以得出该材质在不同热处理工艺下的材料韧性由大到小排序：QGR＞Q500-6＞Q500-3＞Q500-10＞Q850-1＞Q850-3。

小结：CD4MCuN 材质经固溶后冲击吸收功（129.8J）最大。

（2）1.4468材质的冲击实验。1.4468材质经过不同热处理后的冲击吸收功比较，可以得出该材质在不同热处理工艺下的材料韧性由大到小排序：HCGR＞HC500-6＞HC500-10＞HC500-3＞HC800-1＞HC800-3。

小结：1.4468材质经固溶后冲击吸收功（153.9J）最大。

（3）CD3MWCuN（A890 6A）材质的冲击实验。CD3MWCuN（A890 6A）材质经过不同热处理后的冲击吸收功比较，可以得出该材质在不同热处理工艺下的材料韧性由大到小排序：6AGR＞6A500-6＞6A500-10＞6A500-3。

小结：CD3MWCuN（A890 6A）材质经固溶后冲击吸收功（125.1J）最大[5-7]。

2.2.5 拉伸实验

（1）CD4MCuN材质的拉伸实验。CD4MCuN材质经过不同热处理后的力学性能（Rm、Rp0.2、A）比较，可以得出以下结论：

①该材质在不同热处理工艺下的屈服强度都＞480MPa，抗拉强度都＞690MPa，断后伸长率都＞25%，都满足该材质的性能要求；②该材质经固溶后在500℃分别时效6h、10h综合力学性能最好（最大的抗拉强度和屈服强度，合适的断后伸长率）。

（2）1.4468材质的拉伸实验。1.4468材质经过不同热处理后的力学性能（Rm、Rp0.2、A）比较，可以得出以下结论：

①该材质在不同热处理工艺下的屈服强度都＞480MPa，抗拉强度都＞690MPa，断后伸长率都＞25%，都满足该材质的性能要求；②该材质经固溶后在500℃分别时效6h、10h综合力学性能最好（最大的抗拉强度和屈服强度，合适的断后伸长率）；③该材质经固溶后在800℃分别时效1h、3h，试样拉伸实验发生脆断，没有屈服强度和断后伸长率。