热处理工艺对2205-Q345R爆炸复合板性能的影响

刘燕平，李平仓，刘凯，黄杏利，赵惠

1西安天力金属复合材料有限公司，陕西西安7102012陕西省层状金属复合材料工程研究中心，陕西西安710201

热处理工艺对2205-Q345R爆炸复合板性能的影响

刘燕平1，2，李平仓1，2，刘凯1，黄杏利1，赵惠1，2

1西安天力金属复合材料有限公司，陕西西安710201
2陕西省层状金属复合材料工程研究中心，陕西西安710201

2205-Q345R爆炸复合板因结合了基复层的优良性能而被广泛应用，爆炸复合后的去应力退火温度对复层2205的性能影响很大。通过对2205-Q345R爆炸复合板在不同热处理工艺下进行退火处理，结合晶间腐蚀、金相、拉伸、弯曲等检测方法，对其耐蚀性、显微组织、力学性能进行研究。结果表明：在480～600℃之间对2205-Q345R爆炸复合板进行去应力退火，复合板的耐蚀性、强度及弯曲性能均满足标准及用户后续的使用要求。综合考虑热处理制度对复层2205析出相的影响及复合板残余应力的消除情况，建议最佳的热处理工艺选择540～560℃，1～4 h炉冷，300℃以下出炉空冷。

爆炸焊接；2205双相不锈钢；热处理；力学性能；耐蚀性

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.tj.20160531.1104.042.html期刊网址：www.ship-research.com

引用格式：刘燕平，李平仓，刘凯，等.热处理工艺对2205-Q345R爆炸复合板性能的影响［J］.中国舰船研究，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双相不锈钢（00Cr22Ni5Mo3N）是一种典型的含氮、超低碳、铁素体—奥氏体双相不锈钢，在介质环境比较恶劣（如氯离子含量较高）的条件下，其耐点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀剂腐蚀疲劳性能明显优于通常的奥氏体型不锈钢（如304，321，316L等）。由此，2205-Q345R爆炸复合板被广泛应用于海洋工程领域、真空制盐、石油化工、造纸及化肥等行业，其基层Q345R钢价格相对低廉，由基层来承担强度和刚度，由双相不锈钢2205来满足耐腐蚀性能，具有很好的经济价值［1-3］。

2205-Q345R复合板因在爆炸复合过程中会产生热应力，所以爆炸复合板一般都要进行去应力退火。但由于双相不锈钢在300～1 000℃温度范围内等温时效时，会出现一些碳化物、氮化物、金属间相等二次相，这些都属于脆性相，会影响钢的耐腐蚀性能和力学性能［4-7］，因此开展2205-Q345R复合板热处理工艺对2205双相不锈钢耐蚀性的影响具有十分重要的意义。

1　试验材料与方法

1.1试验材料

试验材料选用6/41 mm的2205-Q345R爆炸复合板，单个热处理制度下的试板毛坯尺寸如图1所示，复层2205的化学成分如表1（wt为质量百分数）所示。

图1　复合板的尺寸Fig.1　Size of experimental samples for heat treatments

表1　复层2205的化学成分Tab.1　Chemical composition of cladding plate 2205

1.2试验设备及方法

利用OLYMPUS GX41光学显微镜观察试样微观组织形貌，采用MODEL55100型电子万能试验机进行晶间腐蚀试验与拉伸试验，在LWS-160双工位钢筋冷弯试验机上完成复合板弯曲试验，HWY-30型低温水浴完成腐蚀速率测定试验。试验采用不同热处理工艺对复合板进行热处理，工艺方案如表2所示。

表2　热处理工艺方案Tab.2　Heat treatment

2　结果与讨论

对2205-Q345R爆炸复合板试板在热处理前后进行超声（UT）检测，从检测结果来看：复合板结合良好，达到ASME 264-2011标准中的1级要求。

2.1复合板的耐蚀性

针对不同热处理工艺下的复合板试板，按照图1所示进行耐蚀性检测取样，检测结果如表3所示，可以看出：对试板进行480～600℃/1～4 h，炉冷至300℃以下空冷的热处理，复合板试板复层2205双相不锈钢的晶间腐蚀试样表面无裂纹出现，全部合格（腐蚀前2205经过675℃/1 h的敏化处理），晶间腐蚀试样如图2所示；氯化铁溶液点蚀试验腐蚀速率均符合ASTM A923中C法规定的小于10 mdd的要求。其中，600℃工艺下2205的腐蚀速率虽满足标准要求，但数值偏大，可能与热处理过程中二次相的析出有关。

表3　不同退火工艺下复合板的耐蚀性Tab.3　Corrosion resistance of clad plate with different heat treatments

图2　复层2205双相不锈钢晶间腐蚀试样Fig.2　Samples of cladding plate 2205 duplex stainless steel for intergranular corrosion

2.2复层2205的显微组织

结合不同热处理工艺对复层2205的显微组织（图3）进行观察，可以看出：600℃工艺下，2205的显微组织中有少量析出物，但从检测结果来看，少量的析出相并不足以影响耐蚀性，导致其无法满足后续的正常使用，而其他4种制度下未发现有析出物的存在，这一结果也解释了600℃工艺下复层2205的腐蚀速率偏大的现象。

图3　不同热处理工艺下2205的显微组织Fig.3　Microstructures of 2205 with different heat treatment

2.3复合板的力学性能

2205-Q345R爆炸复合板的热处理温度及保温时间，不仅会影响复层2205的耐蚀性，还可能影响基板的强度、复合板结合强度以及后续可加工性［8-9］，因此选择合理的热处理制度，还应分析热处理工艺对复合板力学性能的影响。

表4是不同热处理工艺下复合板试板的力学性能。可以看出：复合板试板经不同退火工艺处理后，其基板的拉伸和复合板的弯曲（弯曲试样如图4所示）性能均满足相关标准规定。

表4　经不同工艺热处理后复合板的力学性能Tab.4　Mechanical properties of clad plate with different heat treatments

图4　2205双相不锈钢复合板的弯曲试样Fig.4　Samples of 2205 duplex stainless steel for bending

2.4热处理工艺的选择

2205-Q345R爆炸复合板可在480～600℃之间进行退火处理，为了最大限度地消除复合板残余应力，有利于后续加工，并考虑到析出相生成的温度区间及停留时间对复合板性能的影响，结合试验结果、2205的TTT曲线（图5）及其脆性温度区间曲线（图6）［4，10］，提出建议：针对2205-Q345R爆炸复合板，热处理温度宜选在540～560℃之间，保温时间可根据材料的有效厚度及装炉情况在1～4 h的基础上进行调整。

图5　2205双相不锈钢的TTT曲线［4］Fig.5　TTT curves of 2205 duplex stainless steel

图6　SAF 2304，SAF 2205和SAF 2507这3个钢种的脆性温度区间（曲线之左冲击功Ak≥27 J，曲线之右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　结　论

1）2205-Q345R爆炸复合板试板在 480～600℃加热保温1～4 h后炉冷，晶间腐蚀全部合格，腐蚀速率均符合ASTM A923中C法规定的小于10 mdd的要求。

2）复合板试板在试验温度内（480～600℃）进行退火，其力学性能均合格。

3）为了最大限度地消除复合板残余应力，有利于其后续加工，并考虑到析出相生成的温度区间及停留时间对复合板性能的影响，建议最佳的热处理工艺选择540～560℃，1～4 h炉冷。

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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网络出版时间：2016-5-31 11:04

国家高技术研究发展计划（863计划）（2013AA031303，2015AA03A501）

刘燕平，女，1987年生，硕士。研究方向：层状金属复合材料。E-mail：babyyanping@163.com

李平仓，男，1968年生，研究员。研究方向：层状金属复合材料。E-mail：lpc@c-tlc.com

赵惠（通信作者），女，1979年生，博士，高级工程师。研究方向：层状金属复合材料。

E-mail：huier7921@126.com