第8期 何福善等：C32Ni7Mo3N特级双相不锈钢的空蚀行为 ·1061· 象口，它极易造成器件效率降低，甚至断裂失效.常 还不多见，而针对其抗空蚀性方面的研究几乎未见 见空蚀破坏形貌为针孔和麻点，严重时为海绵状、蜂 报道.基于此，本文开展了新型特级双相不锈钢抗 窝状等.双相不锈钢(duplex stainless steel,简称 空蚀行为的研究，并与SAF2205双相不锈钢进行了 DSS)具备极佳的力学性能和耐蚀性能，广泛应用于 对比分析 石油化工、船舶、桥梁建筑等行业，并用来制造成遭 受空蚀作用的零部件，如过高液体流量用的管道、泵 1实验方法 以及螺旋桨.按照耐点蚀能力划分，双相不锈钢可 利用316L不锈钢、金属铬、钼铁、电解镍、氮化 分为普通双相不锈钢（点蚀抗力当量值(pitting 合金等原材料，在35kW、8kg中频感应炉中熔炼，分 resistance equivalent number,PREN)<40, 别将熔炼好的合金注入不同的红热熔模模壳中，凝 SAF2205)、超级双相不锈钢(PREN>40,如 固冷却后获得Cr32Ni7Mo3N和SAF2205材料.通 SAF2507)以及特级双相不锈钢(hyper duplex stain- 过直读光谱分析仪，测得材料化学成分如表1所示. less steel,HDSS,PREN>45).目前，部分学者和科 Cr32Ni7Mo3N材料点蚀抗力当量值为52.1，属于特 技人员已对双相不锈钢的空蚀行为进行了一定的研 级双相不锈钢.Cr32Ni7Mo3N材料固溶处理工艺 究-0，获得了有益的成果，值得借鉴.但是，对于 为：1200℃保温2h,水冷.SAF2205材料固溶处理 特级双相不锈钢这类新型材料如，国内的研究报道 工艺为：1050℃保温2h,水冷. 表1材料化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of materials % 材料 Mn Cr Mo N Cr32 Ni7 Mo3N 0.017 0.78 0.031 0.021 0.78 32.71 7.17 3.49 0.51 余量 SAF2205 0.044 0.48 0.02 0.02 0.45 21.18 4.48 2.18 0.14 余量 空蚀实验前后对试样进行超声波清洗和干燥后 作电极工作面打磨抛光至镜面，非工作表面用环氧 称重，并记录重量和空蚀时间.称重采用感量为 树脂涂覆.空蚀条件下进行电化学测量时，空蚀频 0.1mg的分析天平.空蚀实验设备采用型号为 率、振幅的设定以及工作电极的固定方法同空蚀失 K一1000的磁致伸缩式超声处理仪.将固溶处理后 重测量实验方法一致.磁致伸缩式超声处理仪以及 的Cr32Ni7Mo3N和SAF2205材料加工成表面积（即 电化学测试系统如图1所示. 遭受空蚀的表面)为2cm的圆柱形作为空蚀试样. 出水口 进水口 第1次空蚀时，工作面用砂纸打磨并抛光至镜面. 空蚀振动频率设为20kHz,峰-峰振幅为60m,试 样固定在距离变幅杆端面1mm处，变幅杆端面浸入 CHI650C 计算机 介质的深度为15mm,介质温度控制在(25±2)℃. CE WE RE 温度计 空蚀实验介质为蒸馏水和人工海水，其中人工海水 超声波 发生器 配比如表2所示.空蚀后，试样表面显微硬度测量 采用71型显微硬度计，形貌观察采用XL30-ESEM 实验溶液 冷却水箱 冷却永 环境扫描电子显微镜 超声机床 冷却水池 表2人工海水配比（质量浓度） 图1带有电化学测量系统的空蚀试验机示意图 Table 2 Chemical composition of the artificial seawater Fig.I Schematic diagram of a magnetostrictive-induced cavitation fa- 8L1 cility with an electrochemical test system NaCl MgCl2 Na2 SO4 CaCh H20 25.54 11.1 4.09 1.16 余量 实验结果与分析 空蚀电化学测量采用CHI650C电化学工作站. 2.1失重及形貌分析 电化学测量采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞 对在两种介质中经不同时段空蚀后的 电极，对电极为铂电极，工作电极用圆柱形的 Cr32Ni7Mo3N试样进行了称重，其累积失重量和失 Cr32Ni7Mo3N制备，其表面积（空蚀面）为2cm2.工 重率曲线如图2所示.由图可知，前4h材料累积失第 8 期 何福善等: Cr32Ni7Mo3N 特级双相不锈钢的空蚀行为 象［1］，它极易造成器件效率降低，甚至断裂失效． 常 见空蚀破坏形貌为针孔和麻点，严重时为海绵状、蜂 窝状等［2］． 双相不锈钢( duplex stainless steel，简称 DSS) 具备极佳的力学性能和耐蚀性能，广泛应用于 石油化工、船舶、桥梁建筑等行业，并用来制造成遭 受空蚀作用的零部件，如过高液体流量用的管道、泵 以及螺旋桨． 按照耐点蚀能力划分，双相不锈钢可 分为普 通 双 相 不 锈 钢 ( 点蚀抗力当量值 ( pitting resistance equivalent number， PＲEN ) ＜ 40，如 SAF2205) 、超 级 双 相 不 锈 钢 ( PＲEN ＞ 40，如 SAF2507) 以及特级双相不锈钢( hyper duplex stain￾less steel，HDSS，PＲEN ＞ 45) ． 目前，部分学者和科 技人员已对双相不锈钢的空蚀行为进行了一定的研 究［3--10］，获得了有益的成果，值得借鉴． 但是，对于 特级双相不锈钢这类新型材料［11］，国内的研究报道 还不多见，而针对其抗空蚀性方面的研究几乎未见 报道． 基于此，本文开展了新型特级双相不锈钢抗 空蚀行为的研究，并与 SAF2205 双相不锈钢进行了 对比分析． 1 实验方法 利用 316 L 不锈钢、金属铬、钼铁、电解镍、氮化 合金等原材料，在 35 kW、8 kg 中频感应炉中熔炼，分 别将熔炼好的合金注入不同的红热熔模模壳中，凝 固冷却后获得 Cr32Ni7Mo3N 和 SAF2205 材料． 通 过直读光谱分析仪，测得材料化学成分如表 1 所示． Cr32Ni7Mo3N 材料点蚀抗力当量值为 52. 1，属于特 级双相不锈钢． Cr32Ni7Mo3N 材料固溶处理工艺 为: 1200 ℃ 保温 2 h，水冷． SAF2205 材料固溶处理 工艺为: 1050 ℃保温 2 h，水冷． 表 1 材料化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of materials % 材料 C Si P S Mn Cr Ni Mo N Fe Cr32Ni7Mo3N 0. 017 0. 78 0. 031 0. 021 0. 78 32. 71 7. 17 3. 49 0. 51 余量 SAF2205 0. 044 0. 48 0. 02 0. 02 0. 45 21. 18 4. 48 2. 18 0. 14 余量 空蚀实验前后对试样进行超声波清洗和干燥后 称重，并记录重量和空蚀时间． 称重采用感量为 0. 1 mg的 分 析 天 平． 空蚀实验设备采用型号为 KJ--1000的磁致伸缩式超声处理仪． 将固溶处理后 的 Cr32Ni7Mo3N 和 SAF2205 材料加工成表面积( 即 遭受空蚀的表面) 为 2 cm2 的圆柱形作为空蚀试样． 第 1 次空蚀时，工作面用砂纸打磨并抛光至镜面． 空蚀振动频率设为 20 kHz，峰--峰振幅为 60 μm，试 样固定在距离变幅杆端面 1 mm 处，变幅杆端面浸入 介质的深度为 15 mm，介质温度控制在( 25 ± 2) ℃ ． 空蚀实验介质为蒸馏水和人工海水，其中人工海水 配比如表 2 所示． 空蚀后，试样表面显微硬度测量 采用 71 型显微硬度计，形貌观察采用 XL30--ESEM 环境扫描电子显微镜． 表 2 人工海水配比( 质量浓度) Table 2 Chemical composition of the artificial seawater g·L － 1 NaCl MgCl2 Na2 SO4 CaCl2 H2O 25. 54 11. 1 4. 09 1. 16 余量 空蚀电化学测量采用 CHI650C 电化学工作站． 电化学测量采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞 电极，对电极为铂电极，工作电极用圆柱形的 Cr32Ni7Mo3N 制备，其表面积( 空蚀面) 为 2 cm2 ． 工 作电极工作面打磨抛光至镜面，非工作表面用环氧 树脂涂覆． 空蚀条件下进行电化学测量时，空蚀频 率、振幅的设定以及工作电极的固定方法同空蚀失 重测量实验方法一致． 磁致伸缩式超声处理仪以及 电化学测试系统如图 1 所示． 图 1 带有电化学测量系统的空蚀试验机示意图 Fig． 1 Schematic diagram of a magnetostrictive-induced cavitation fa￾cility with an electrochemical test system 2 实验结果与分析 2. 1 失重及形貌分析 对在两种介质中经不同时段空蚀后的 Cr32Ni7Mo3N 试样进行了称重，其累积失重量和失 重率曲线如图 2 所示． 由图可知，前 4 h 材料累积失 · 1601 ·