浙江宏盛特钢有限公司研究了不同固溶温度对双相不锈钢CD3MN材质性能的影响。该材质在1120℃固溶处理后，可得到比例接近的奥氏体+铁素体组织及良好的耐点腐蚀性能;通过高温力学性能试验，确定了材质的高温性能及显微组织特点。在大型泵体铸件上进行了生产应用，达到了产品性能要求。

  CD3MN是一种强度较高、耐腐蚀性能较好的双相不锈钢。该材质兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，材质的塑性和韧性更高，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高;与奥氏体不锈钢相比，材质的强度高且耐氯化物应力腐蚀明显提高，具有优良的耐点腐蚀性能。本研究在材质实验基础上，进行了热处理工艺优化，并进行了应用。

 一、试验材质及试验方案

  1. 试验材料制备

   试验用钢为ASME SA-995标准CD3MN双相不锈钢铸造材质，采用真空感应电炉熔炼，材质化学成分见表。浇注一组基尔试验料，然后分割标示进行热处理试验。

  2. 热处理试验方案

  CD3MN双相不锈钢材质的热处理工艺为固溶处理，选择1020℃、1070℃、1120℃、1170℃不同固溶温度的试验方案进行热处理试验。实验后，按照GB/T 228.1进行力学性能试验，采用ASTM E562标准规定进行铁素体含量检测，按照ASTM G48标准进行点腐蚀试验;并按照GB/T 228.2进行了100℃、200℃、300℃、475℃的高温力学性能试验。分析确定适合的热处理工艺。

二、试验结果及分析

 
  1. 力学性能

  CD3MN材质按不同温度固溶处理后，力学性能试验分析数据如表所示。从力学性能数据看，在1020～1170℃温度范围，随着固溶温度的提高，抗拉强度呈提高的趋势，伸长率也呈提高的趋势，冲击韧性呈先提高后降低的趋势;1120℃温度固溶处理，抗拉强度和伸长率等性能都较高，达到材质标准要求，此热处理方案较好。

  2. 显微组织分析

  材质热处理试验后，进行了显微组织和铁素体含量分析检测，结果见图和表。显微组织分析:固溶处理后显微组织为铁素体+奥氏体双相组织，从1020℃到1170℃，随着固溶温度的升高，铁素体含量呈不断增加趋势;1020℃固溶处理后，铁素体基体上的奥氏体形态以板条状为主;1070℃固溶处理时，板条奥氏体逐渐变为岛状形态，分布开始趋于均匀，铁素体含量为46.06%，1120℃固溶处理时，板条状奥氏体变为小岛状分布于铁素体基体上，铁素体含量为49.02%，奥氏体和铁素体两相比例接近1∶1;1170℃固溶处理时，奥氏体成小岛状弥散分布于铁素体基体上，且奥氏体量减少，铁素体含量达到55%。综合分析固溶温度以1120℃为优。

 3. 点腐蚀性能试验

 CD3MN材质不同温度固溶处理后，加工成40 mm×20 mm×4 mm腐蚀试验试样，按ASTM G48方法A进行点腐蚀试验，采用6%FeCl3水溶液进行72 h的点腐蚀试验，不同试验方案点腐蚀速率试验数据见表。

 从点腐蚀试验结果看，在1020～1170℃温度范围，随着固溶温度的提高，点腐蚀速率呈先降低后增加趋势。当1020℃固溶时，由于奥氏体呈板条及不均匀分布，因而耐点腐蚀性能差;当1120℃固溶时，由于奥氏体和铁素体两相比例接近且分布均匀，耐点腐蚀性能较好，点腐蚀速率为0.0148 g/(m2·h)，满足用户小于0.04 g/(m2·h)的要求，当1170℃固溶时，由于奥氏体比例减少，铁素体含量提高，两相分布不再均匀，因而耐点腐蚀性能下降。

  4. CD3MN材质高温性能试验

  选择力学性能及耐点腐蚀性能较好的试验方案A3(1120℃固溶处理)的试验料，进行了室温及100℃、200℃、300℃、475℃高温力学性能对比试验，高温力学性能试验数据见表，并对高温力学性能试验后试验料进行了显微组织分析。

  a. 材质高温力学性能试验

  从高温拉力性能试验结果分析看，材质屈服强度随着试验温度的提高呈下降的趋势，300℃时屈服强度降低到290 MPa，降低到性能标准要求70%以下;475℃时屈服强度降低到250 MPa，降低到标准性能要求的60%;理论上此材质的使用温度在300℃以下，因此CD3MN材质铸件在使用及铸造过程中都要注意控制工件的温度。

  b. 材质高温显微组织分析

  从不同温度试样金相分析看:固溶处理后，奥氏体的形态由铸态板条大部分变为岛状形态，分布较均匀;固溶+200℃及300℃保温拉力试验，奥氏体形态趋于圆滑，趋于均匀弥散;固溶+475℃保温处理，奥氏体形态更加圆滑，同时在铁素体基体内产生少量富铬的α'相析出，α'相为脆性组织，表现为力学性能严重下降，表现出475℃脆裂现象。所以CD3MN材质使用时一般要求在300℃以下。

三、生产应用

  CD3MN属高强度、塑韧性能好、耐蚀性能好双相不锈钢材质。在总结CD3MN材质热处理试验基础上，确定材质的铸造、热处理、清理等生产工艺及关键工序控制重点，并进行了生产应用。目前已完成泵体、泵盖、导叶体、CAP1400核电用泵叶轮室和喇叭口等20余套大型电站循环水泵CD3MN材质铸件的生产，按照优化的热处理工艺处理，铸件的力学性能、铁素体含量和点腐蚀性能全部达到ASME SA-995标准和用户的特殊技术要求，并通过用户的复验。通过系列CD3MN材质大型双相不锈钢泵类铸件的生产，在双相不锈钢铸钢材质的生产方面积累了宝贵的经验，拓宽了企业的产品领域，为企业的转型发展创造了良好的条件。

四、结论

  1. 试验表明，随固溶处理温度的提高，材质显微组织中铁素体含量呈不断增加趋势，点腐蚀速率呈先降低后增加的趋势，当1120℃固溶时，由于奥氏体和铁素体两相比例相近且分布均匀，耐点腐蚀性能较好，能满足点腐蚀速率的技术要求。

  2. 高温试验证明，300℃时屈服强度降低到标准要求70%以下;475℃时试验时，屈服强度降低到更低并析出少量α'脆性组织，易产生脆裂;因此材质的使用温度在300℃以下，铸造过程要注意控制铸件的温度。

  3. 生产应用证明，试验确定的CD3MN材质固溶热处理工艺方案，能满足大型泵类铸件热处理的要求，能保证材质的力学性能及耐点腐蚀性能满足标准的要求。