(太原重工股份有限公司，山西030024)

CD3MN是一種強度較高、耐腐蝕性能較好的雙相不銹鋼。該材質兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，材質的塑性和韌性更高，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高；與奧氏體不銹鋼相比，材質的強度高且耐氯化物應力腐蝕明顯提高，具有優(yōu)良的耐點腐蝕性能。本研究在材質實驗基礎上，進行了熱處理工藝優(yōu)化，并進行了應用。

1 試驗材質及試驗方案

1.1 試驗材料制備

試驗用鋼為ASME SA-995標準CD3MN雙相不銹鋼鑄造材質，采用真空感應電爐熔煉，材質化學成分見表1。澆注一組基爾試驗料，然后分割標示進行熱處理試驗。

1.2 熱處理試驗方案

CD3MN雙相不銹鋼材質的熱處理工藝為固溶處理，選擇1020℃、1070℃、1120℃、1170℃不同固溶溫度的試驗方案進行熱處理試驗。

實驗后，按照GB/T228.1進行力學性能試驗，采用ASTM E562標準規(guī)定進行鐵素體含量檢測，按照ASTM G48標準進行點腐蝕試驗；并按照GB/T228.2進行了100℃、200℃、300℃、475℃的高溫力學性能試驗。分析確定適合的熱處理工藝。

2 試驗結果及分析

2.1 力學性能

CD3MN材質按不同溫度固溶處理后，力學性能試驗分析數據如表2所示。

從力學性能數據看，在1020～1170℃溫度范圍，隨著固溶溫度的提高，抗拉強度呈提高的趨勢，伸長率也呈提高的趨勢，沖擊韌性呈先提高后降低的趨勢；1120℃溫度固溶處理，抗拉強度和伸長率等性能都較高，達到材質標準要求，此熱處理方案較好。

2.2 顯微組織分析

材質熱處理試驗后，進行了顯微組織和鐵素體含量分析檢測，結果見圖1、表3。

顯微組織分析：固溶處理后顯微組織為鐵素體+奧氏體雙相組織，從1020℃到1170℃，隨著固溶溫度的升高，鐵素體含量呈不斷增加趨勢；1020℃固溶處理后，鐵素體基體上的奧氏體形態(tài)以板條狀為主；1070℃固溶處理時，板條奧氏體逐漸變?yōu)閸u狀形態(tài)，分布開始趨于均勻，鐵素體含量為46.06%；1120℃固溶處理時，板條狀奧氏體變?yōu)樾u狀分布于鐵素體基體上，鐵素體含量為49.02%，奧氏體和鐵素體兩相比例接近1∶1；1170℃固溶處理時，奧氏體成小島狀彌散分布于鐵素體基體上，且奧氏體量減少，鐵素體含量達到55%。綜合分析固溶溫度以1120℃為優(yōu)。

表1 材質的化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical compositions of material (mass fraction, %)

表2 力學性能試驗結果Table 2 Test results of mechanical properties

圖1 不同固溶溫度顯微組織分析Figure 1 Microstructure analysis at different solution temperatures

試驗方案A1A2A3A4鐵素體含量45.6946.0649.0255.26

2.3 點腐蝕性能試驗

CD3MN材質不同溫度固溶處理后，加工成40 mm×20 mm×4 mm腐蝕試驗試樣，按ASTM G48方法A進行點腐蝕試驗，采用6%FeCl3水溶液進行72 h的點腐蝕試驗，不同試驗方案點腐蝕速率試驗數據見表4。

表4 材質點腐蝕試驗數據Table 4 Pitting corrosion test data of material

從點腐蝕試驗結果看，在1020～1170℃溫度范圍，隨著固溶溫度的提高，點腐蝕速率呈先降低后增加趨勢。當1020℃固溶時，由于奧氏體呈板條及不均勻分布，因而耐點腐蝕性能差；當1120℃固溶時，由于奧氏體和鐵素體兩相比例接近且分布均勻，耐點腐蝕性能較好，點腐蝕速率為0.0148 g/(m2·h)，滿足用戶小于0.04 g/(m2·h)的要求；當1170℃固溶時，由于奧氏體比例減少，鐵素體含量提高，兩相分布不再均勻，因而耐點腐蝕性能下降。

圖2 材質高溫處理顯微組織照片Figure 2 Microstructure pictures of material at high temperature heat treatment

試驗編號試驗溫度℃Rp0.2MPaRmMPaA%Z%A3-1A3-2A3-3A3-4A3-52010020030047542638132329025066356053755653242.538.533.534.536.071.074636164

2.4 CD3MN材質高溫性能試驗

選擇力學性能及耐點腐蝕性能較好的試驗方案A3(1120℃固溶處理)的試驗料，進行了室溫及100℃、200℃、300℃、475℃高溫力學性能對比試驗，高溫力學性能試驗數據見表5；并對高溫力學性能試驗后試驗料進行了顯微組織分析，見圖2。

2.4.1 材質高溫力學性能試驗

從高溫拉力性能試驗結果分析看，材質屈服強度隨著試驗溫度的提高呈下降的趨勢，300℃時屈服強度降低到290 MPa，降低到性能標準要求70%以下；475℃時屈服強度降低到250 MPa，降低到標準性能要求的60%；理論上此材質的使用溫度在300℃以下，因此CD3MN材質鑄件在使用及鑄造過程中都要注意控制工件的溫度。

2.4.2 材質高溫顯微組織分析

從不同溫度試樣金相分析看：固溶處理后，奧氏體的形態(tài)由鑄態(tài)板條大部分變?yōu)閸u狀形態(tài)，分布較均勻；固溶+200℃及300℃保溫拉力試驗，奧氏體形態(tài)趨于圓滑，趨于均勻彌散；固溶+475℃保溫處理，奧氏體形態(tài)更加圓滑，同時在鐵素體基體內產生少量富鉻的α′相析出，α′相為脆性組織，表現為力學性能嚴重下降，表現出475℃脆裂現象。所以CD3MN材質使用時一般要求在300℃以下。

3 生產應用

CD3MN屬高強度、塑韌性能好、耐蝕性能好雙相不銹鋼材質。在總結CD3MN材質熱處理試驗基礎上，確定材質的鑄造、熱處理、清理等生產工藝及關鍵工序控制重點，并進行了生產應用。目前已完成泵體、泵蓋、導葉體、CAP1400核電用泵葉輪室和喇叭口等20余套大型電站循環(huán)水泵CD3MN材質鑄件的生產，按照優(yōu)化的熱處理工藝處理，鑄件的力學性能、鐵素體含量和點腐蝕性能全部達到ASME SA-995標準和用戶的特殊技術要求，并通過用戶的復驗。通過系列CD3MN材質大型雙相不銹鋼泵類鑄件的生產，在雙相不銹鋼鑄鋼材質的生產方面積累了寶貴的經驗，拓寬了企業(yè)的產品領域，為企業(yè)的轉型發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

4 結論

(1)試驗表明，隨固溶處理溫度的提高，材質顯微組織中鐵素體含量呈不斷增加趨勢，點腐蝕速率呈先降低后增加的趨勢，當1120℃固溶時，由于奧氏體和鐵素體兩相比例相近且分布均勻，耐點腐蝕性能較好，能滿足點腐蝕速率的技術要求。

(2)高溫試驗證明，300℃時屈服強度降低到標準要求70%以下；475℃時試驗時，屈服強度降低到更低并析出少量α′脆性組織，易產生脆裂；因此材質的使用溫度在300℃以下，鑄造過程要注意控制鑄件的溫度。

(3)生產應用證明，試驗確定的CD3MN材質固溶熱處理工藝方案，能滿足大型泵類鑄件熱處理的要求，能保證材質的力學性能及耐點腐蝕性能滿足標準的要求。