引言
双相不锈钢是奥氏体和铁素体两相组织含量接近或相等的一类钢的统称，兼具奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，具有良好的加工及服役性能，因此在压力容器、废气净化、海洋工业等领域得到广泛应用。但是不同行业领域对双相不锈钢材料的性能要求不同，采用常规铸造、锻造和焊接生产出来的双相不锈钢难以满足实际应用的个性化需求。相较于传统的加工方法，增材制造具有生产周期短、成形速率快、成形精度高且满足个性化需求的显著优势。因此，通过增材制造生产的双相不锈钢材料有广阔的应用发展前景。
1试验材料及方法
1.1试验设备、材料
试验所采用的2205双相不锈钢粉末，粉末粒径为15~53μm，化学成分见表1。2205双相不锈钢粉末通过SLMSolution125HL逐层熔在316不锈钢基片上，采用400W连续波长光纤激光器（1060nm）并以氩气作为保护气体。基体预热至200℃，打印尺寸为15mm×15mm×15mm和55mm×5mm×10mm。为了获得较高的奥氏体体积分数，对部分试样进行1000℃退火处理、保温10min。
1.2试验方法
SLM成形15-5PH不锈钢试样的热处理制度:①固溶(1030℃×1h)+时效(550℃×4h)，②时效(620℃×4h)。固溶采用HZC2-120真空淬火炉加热，保温1h，油淬;时效采用ＲJ2-75-6井式回火电阻炉加热，保温4h，空冷。力学性能检测:①拉伸试验采用CMT5205微机电子控制万能试验机，按照GB/T228．1—2021《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》进行;②冲击试验采用JB-30冲击试验机，按照GB/T229—2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行，试样为U形缺口，尺寸为10mm×10mm×55mm。
1.3力学性能测试
制作LPBF试样，在装有MTS激光引伸计Lx500的Instron5982拉伸试验机上进行拉伸试验，采用Mohr&FederhaffA.G试验机进行冲击试验，试验温度分别为室温和110℃，并采用K型热电偶点焊在试样上进行温度监测。此外，采用热轧2205双相不锈钢的拉伸性能作为参照。
2试验结果
2.1力学性能
SLM成形的15-5PH不锈钢试样沉积态、时效态、固溶+时效态的力学性能检测结果见图1。由图1可以看出，SLM沉积态试样抗拉强度为1094．5MPa，分别经时效(620℃×4h)和固溶(1030℃×1h)+时效(550℃×4h)处理后，其抗拉强度分别提高到1180．5、1189．5MPa，均符合(1180±15)MPa要求，但屈服强度、冲击性能等差别较大。相比沉积态，时效态的屈服强度、屈强比分别降低了10%、19%;冲击吸收能量略有升高，断后伸长率、断面收缩率基本相当;固溶+时效态的屈服强度、屈强比分别提高了20．7%、11．0%;冲击吸收能量、断后伸长率、断面收缩率分别降低了69．4%、38．0%、22．3%。固溶+时效态与时效态试样相比，二者抗拉强度相当，固溶+时效态试样的屈服强度、屈强比分别提高33%、32%;冲击吸收能量、断后伸长率、断面收缩率分别降低72．0%、35．5%、18．7%。
2.2显微组织
原始态未变形样品的显微组织。其组织主要由奥氏体和少量的铁素体组成，组织均匀，晶粒尺寸约为16～27μm，晶粒度为7级以上。拉伸断口处显微组织，断口处的组织晶粒已经沿着拉伸变形方向被拉长、细化，并生成一定量的马氏体。在原始态在不同伸长量下，600℃热处理后拉伸断口处的显微组织。与相同的伸长量下，未进行热处理的组织相比较，无太大变化。由于600℃属于回复去应力阶段，只是内部组织中会减少小部分的位错、层错及马氏体。在原始态在不同伸长量下，900℃热处理后拉伸断口处的显微组织。此温度下，已经发生明显的再结晶，晶粒的尺寸要远小于未进行热处理或者600℃的热处理下的晶粒，且由于马氏体相变的可逆性，组织中的层错、位错、形变孪晶和马氏体等均消失，同时晶粒得到了细化。
3结论
不锈钢ＳＵＳ３０１属于奥氏体不锈钢，经过３００～１０００℃的热处理工艺，组织未发生变化，均为单相奥氏体。通过试验发现ＳＵＳ３０１不锈钢经过一定温度保温一段时间水冷后，硬度会发生不同程度的变化，具体有以下几个方面：
通过组试验发现，热处理温度在５００～１０００℃时，随着温度的增加水冷后试样硬度明显减小，从５４２ＨＶ３０降到２４７ＨＶ３０。５００℃以上时奥氏体不锈钢ＳＵＳ３０１固溶效果明显，在较高的热处理温度下，不锈钢的屈服极限会下降，导致大于此温度的内应力驱动材料塑性变形，直到内应力达到与此温度下屈服应力平衡的程度，这样去除内应力的作用后试样硬度降低。双相不锈钢的服役性能涉及力学性能和耐腐蚀性能，对于特定的应用领域，要获得理想的性能属于多目标优化问题，但是目前关于双相不锈钢多目标性能优化的研究较少。因此，以电弧增材制造的2209双相不锈钢为研究对象，设计正交试验研究热处理工艺因素对双相不锈钢力学性能和耐腐蚀性能的影响，获得最优热处理工艺，以期双相不锈钢的性能指标满足某船用螺旋桨叶片的使用需求（屈服强度≥540 MPa，抗拉强度≥700 MPa，断后伸长率≥50%）。LPBF制备的DSS表现出异常高的强度，这与其显微组织有关。首先，显微组织多为铁素体，一般认为铁素体是DSS内部的硬质相。由于铁素体中合金元素的过饱和度很高，这种现象在DSS中加剧。虽然这些因素都有助于获得较高的屈服强度和极限抗拉强度，但与采用传统加工工艺制备的DSS相比，材料的延性下降。然而通过对LPBF试样进行热处理可使延伸率恢复到可接受的水平，同时可提供比传统DSS更高的屈服强度和极限抗拉强度。
结语
热处理温度在５００℃之前，ＳＵＳ３０１不锈钢由于在冷却过程中产生残余应力，硬度会略微增加；５００℃之后，奥氏体不锈钢由于固溶作用，应力得以释放，硬度显著下降。随着温度从５００℃增加到１０００℃，金属硬度从５４２ＨＶ３０降到２４７ＨＶ３０。相同的热处理温度下，热处理时间的增加会使金属硬度略微下降。保温时间从２ｍｉｎ增加到８ｍｉｎ，ＳＵＳ３０１不锈钢硬度从２８１ＨＶ３０降低到２６５ＨＶ３０。
参考文献
［1］刘晔东．热处理变形浅析［Ｊ］．机械工人（热加工），２００７（１０）：１６．
［2］仇振安，王海涛，李继良，等．热处理工艺对15-5PH不锈钢组织和力学性能的影响［J］．金属热处理，2014，39(5):77-81．
