熱處理工藝對2205-Q345R爆炸復(fù)合板性能的影響

劉燕平，李平倉，劉凱，黃杏利，趙惠

1西安天力金屬復(fù)合材料有限公司，陜西西安7102012陜西省層狀金屬復(fù)合材料工程研究中心，陜西西安710201

熱處理工藝對2205-Q345R爆炸復(fù)合板性能的影響

劉燕平1，2，李平倉1，2，劉凱1，黃杏利1，趙惠1，2

1西安天力金屬復(fù)合材料有限公司，陜西西安710201
2陜西省層狀金屬復(fù)合材料工程研究中心，陜西西安710201

2205-Q345R爆炸復(fù)合板因結(jié)合了基復(fù)層的優(yōu)良性能而被廣泛應(yīng)用，爆炸復(fù)合后的去應(yīng)力退火溫度對復(fù)層2205的性能影響很大。通過對2205-Q345R爆炸復(fù)合板在不同熱處理工藝下進(jìn)行退火處理，結(jié)合晶間腐蝕、金相、拉伸、彎曲等檢測方法，對其耐蝕性、顯微組織、力學(xué)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：在480～600℃之間對2205-Q345R爆炸復(fù)合板進(jìn)行去應(yīng)力退火，復(fù)合板的耐蝕性、強(qiáng)度及彎曲性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)及用戶后續(xù)的使用要求。綜合考慮熱處理制度對復(fù)層2205析出相的影響及復(fù)合板殘余應(yīng)力的消除情況，建議最佳的熱處理工藝選擇540～560℃，1～4 h爐冷，300℃以下出爐空冷。

爆炸焊接；2205雙相不銹鋼；熱處理；力學(xué)性能；耐蝕性

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.tj.20160531.1104.042.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

引用格式：劉燕平，李平倉，劉凱，等.熱處理工藝對2205-Q345R爆炸復(fù)合板性能的影響［J］.中國艦船研究，2016，11 （3）：128-132.

LIU Yanping，LI Pingcang，LIU Kai，et al.Effect of heat treatments on the properties of explosive clad plates 2205 DSS-Q345R［J］.Chinese Journal of Ship Research，2016，11（3）：128-132.

0　引　言

2205雙相不銹鋼（00Cr22Ni5Mo3N）是一種典型的含氮、超低碳、鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼，在介質(zhì)環(huán)境比較惡劣（如氯離子含量較高）的條件下，其耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕劑腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于通常的奧氏體型不銹鋼（如304，321，316L等）。由此，2205-Q345R爆炸復(fù)合板被廣泛應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域、真空制鹽、石油化工、造紙及化肥等行業(yè)，其基層Q345R鋼價(jià)格相對低廉，由基層來承擔(dān)強(qiáng)度和剛度，由雙相不銹鋼2205來滿足耐腐蝕性能，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值［1-3］。

2205-Q345R復(fù)合板因在爆炸復(fù)合過程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以爆炸復(fù)合板一般都要進(jìn)行去應(yīng)力退火。但由于雙相不銹鋼在300～1 000℃溫度范圍內(nèi)等溫時(shí)效時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些碳化物、氮化物、金屬間相等二次相，這些都屬于脆性相，會(huì)影響鋼的耐腐蝕性能和力學(xué)性能［4-7］，因此開展2205-Q345R復(fù)合板熱處理工藝對2205雙相不銹鋼耐蝕性的影響具有十分重要的意義。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選用6/41 mm的2205-Q345R爆炸復(fù)合板，單個(gè)熱處理制度下的試板毛坯尺寸如圖1所示，復(fù)層2205的化學(xué)成分如表1（wt為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）所示。

圖1　復(fù)合板的尺寸Fig.1　Size of experimental samples for heat treatments

表1　復(fù)層2205的化學(xué)成分Tab.1　Chemical composition of cladding plate 2205

1.2試驗(yàn)設(shè)備及方法

利用OLYMPUS GX41光學(xué)顯微鏡觀察試樣微觀組織形貌，采用MODEL55100型電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)與拉伸試驗(yàn)，在LWS-160雙工位鋼筋冷彎試驗(yàn)機(jī)上完成復(fù)合板彎曲試驗(yàn)，HWY-30型低溫水浴完成腐蝕速率測定試驗(yàn)。試驗(yàn)采用不同熱處理工藝對復(fù)合板進(jìn)行熱處理，工藝方案如表2所示。

表2　熱處理工藝方案Tab.2　Heat treatment

2　結(jié)果與討論

對2205-Q345R爆炸復(fù)合板試板在熱處理前后進(jìn)行超聲（UT）檢測，從檢測結(jié)果來看：復(fù)合板結(jié)合良好，達(dá)到ASME 264-2011標(biāo)準(zhǔn)中的1級要求。

2.1復(fù)合板的耐蝕性

針對不同熱處理工藝下的復(fù)合板試板，按照圖1所示進(jìn)行耐蝕性檢測取樣，檢測結(jié)果如表3所示，可以看出：對試板進(jìn)行480～600℃/1～4 h，爐冷至300℃以下空冷的熱處理，復(fù)合板試板復(fù)層2205雙相不銹鋼的晶間腐蝕試樣表面無裂紋出現(xiàn)，全部合格（腐蝕前2205經(jīng)過675℃/1 h的敏化處理），晶間腐蝕試樣如圖2所示；氯化鐵溶液點(diǎn)蝕試驗(yàn)腐蝕速率均符合ASTM A923中C法規(guī)定的小于10 mdd的要求。其中，600℃工藝下2205的腐蝕速率雖滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但數(shù)值偏大，可能與熱處理過程中二次相的析出有關(guān)。

表3　不同退火工藝下復(fù)合板的耐蝕性Tab.3　Corrosion resistance of clad plate with different heat treatments

圖2　復(fù)層2205雙相不銹鋼晶間腐蝕試樣Fig.2　Samples of cladding plate 2205 duplex stainless steel for intergranular corrosion

2.2復(fù)層2205的顯微組織

結(jié)合不同熱處理工藝對復(fù)層2205的顯微組織（圖3）進(jìn)行觀察，可以看出：600℃工藝下，2205的顯微組織中有少量析出物，但從檢測結(jié)果來看，少量的析出相并不足以影響耐蝕性，導(dǎo)致其無法滿足后續(xù)的正常使用，而其他4種制度下未發(fā)現(xiàn)有析出物的存在，這一結(jié)果也解釋了600℃工藝下復(fù)層2205的腐蝕速率偏大的現(xiàn)象。

圖3　不同熱處理工藝下2205的顯微組織Fig.3　Microstructures of 2205 with different heat treatment

2.3復(fù)合板的力學(xué)性能

2205-Q345R爆炸復(fù)合板的熱處理溫度及保溫時(shí)間，不僅會(huì)影響復(fù)層2205的耐蝕性，還可能影響基板的強(qiáng)度、復(fù)合板結(jié)合強(qiáng)度以及后續(xù)可加工性［8-9］，因此選擇合理的熱處理制度，還應(yīng)分析熱處理工藝對復(fù)合板力學(xué)性能的影響。

表4是不同熱處理工藝下復(fù)合板試板的力學(xué)性能?？梢钥闯觯簭?fù)合板試板經(jīng)不同退火工藝處理后，其基板的拉伸和復(fù)合板的彎曲（彎曲試樣如圖4所示）性能均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表4　經(jīng)不同工藝熱處理后復(fù)合板的力學(xué)性能Tab.4　Mechanical properties of clad plate with different heat treatments

圖4　2205雙相不銹鋼復(fù)合板的彎曲試樣Fig.4　Samples of 2205 duplex stainless steel for bending

2.4熱處理工藝的選擇

2205-Q345R爆炸復(fù)合板可在480～600℃之間進(jìn)行退火處理，為了最大限度地消除復(fù)合板殘余應(yīng)力，有利于后續(xù)加工，并考慮到析出相生成的溫度區(qū)間及停留時(shí)間對復(fù)合板性能的影響，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果、2205的TTT曲線（圖5）及其脆性溫度區(qū)間曲線（圖6）［4，10］，提出建議：針對2205-Q345R爆炸復(fù)合板，熱處理溫度宜選在540～560℃之間，保溫時(shí)間可根據(jù)材料的有效厚度及裝爐情況在1～4 h的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。

圖5　2205雙相不銹鋼的TTT曲線［4］Fig.5　TTT curves of 2205 duplex stainless steel

圖6　SAF 2304，SAF 2205和SAF 2507這3個(gè)鋼種的脆性溫度區(qū)間（曲線之左沖擊功Ak≥27 J，曲線之右Ak＜27 J）Fig.6　Brittle temperature areas of SAF 2304，SAF 2205 and SAF 2507（left of the curve：Ak≥27 J，right of the curve：Ak＜27 J）

3　結(jié)　論

1）2205-Q345R爆炸復(fù)合板試板在 480～600℃加熱保溫1～4 h后爐冷，晶間腐蝕全部合格，腐蝕速率均符合ASTM A923中C法規(guī)定的小于10 mdd的要求。

2）復(fù)合板試板在試驗(yàn)溫度內(nèi)（480～600℃）進(jìn)行退火，其力學(xué)性能均合格。

3）為了最大限度地消除復(fù)合板殘余應(yīng)力，有利于其后續(xù)加工，并考慮到析出相生成的溫度區(qū)間及停留時(shí)間對復(fù)合板性能的影響，建議最佳的熱處理工藝選擇540～560℃，1～4 h爐冷。

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Effect of heat treatments on the properties of explosive clad plates 2205 DSS-Q345R

LIU Yanping1，2，LI Pingcang1，2，LIU Kai1，HUANG Xingli1，ZHAO Hui1，2

1 Xi'an Tianli Clad Metal Materials Co.，Ltd.，Xi'an 710201，China
2 Shanxi Engineering Research Center of Metal Clad Plate，Xi'an 710201，China

The 2205-Q345R explosive clad plate is widely adopted due to its exceptional performance of both base plates and cladding plates，where stress relief annealing significantly affects the performance of cladding plates 2205 after explosive bonding.By using inter granular corrosion，metallographic，tensile，bending，and other approaches，the corrosion resistance，microstructures，and mechanical properties of 2205-Q345R clad plates are studied，after the plates are prepared with explosive bonding methods and treated with different heat treatment processes.The results show that the corrosion resistance，strength，and bending properties of clad plates under the stress relief annealed at 480～600℃exceed the relevant criteri?on and successfully meet the requirements of customers.By comprehensively considering the precipitated phases of cladding plate 2205 as well as the residual stress of clad plates，“540～560℃/1～4 h，furnace cool?ing until 300℃，then air cooling”is suggested as the optimum heat treatment.

explosive bonding；2205 Duplex Stainless Steel（DSS）；heat treatment；mechanical proper?ties；corrosion resistance

U671.6

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.021

2015-07-30網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-5-31 11:04

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2013AA031303，2015AA03A501）

劉燕平，女，1987年生，碩士。研究方向：層狀金屬復(fù)合材料。E-mail：babyyanping@163.com

李平倉，男，1968年生，研究員。研究方向：層狀金屬復(fù)合材料。E-mail：lpc@c-tlc.com

趙惠（通信作者），女，1979年生，博士，高級工程師。研究方向：層狀金屬復(fù)合材料。

E-mail：huier7921@126.com