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宏盛特钢奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性的研究
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/4/17 阅读:183

  浙江宏盛特钢有限公司通过对304不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢在相同条件下用不同热处理工艺进行处理,将处理后的试样在硫酸-硫酸铜+铜屑沸腾腐蚀液中进行加热腐蚀,利用光镜和SEM观察三种钢耐晶间腐蚀情况;对腐蚀结果进行比较,得出结论。

一、论述

    不锈钢从20世纪初发明至今不足百年,但其发展势头却异常迅猛,特别是在二次世界大战后,全球不锈钢的产量每年都在稳步提升。不锈钢的应用范围也逐步扩大到国民经济的各个领域。不锈钢之所有如此广泛应用,并持续快速发展,重要的因素是其优异的耐蚀性和耐热性。另外,其优异的力学性能和工艺性能,也是重要因素。为了满足现代工业、农业发展需要,大约已研制出上百种不锈钢。炉外精炼技术的发展进步,使不锈钢正在向高纯、超纯方向发展,并且已实现工业化生产。而各类不锈钢中,奥氏体不锈钢是其中的佼佼者,它以较好的耐蚀性,冷加工成型性、可焊性等优点,被广泛运用,其约占不锈钢总产量的60%,研究这类钢的耐蚀性有重要的现实意义。

   实验目的是通过实验研究比较304L和304奥氏体不锈钢之间的抗晶间腐蚀性,和通过实验看能否发现310S奥氏体不锈钢存在晶间腐蚀现象。


二、实验设备

   箱式热处理炉,光学显微镜,扫描电子显微镜,直通式光谱分析仪等。


三、实验方法及过程

1.  固溶处理

  a. 工艺:  加热温度,T=1050±10ºC;保温时间,t=150min;冷却方式,常温水冷却;
 
  b. 目的: 将不锈钢加热到单一奥氏体区,得到成分均匀的单一奥氏体,快冷,使高温成分均匀过饱和固溶体组织保持到室温,此时钢具有最高的耐蚀性。


2. 敏化处理

 a. 工艺: 加热温度,T=650±10ºC;保温时间,t=16h;冷却方式,空冷;
 
 b. 目的: 奥氏体不锈钢450-850ºC进行长时间保温停留,将在晶界处充分析出Cr23C6等碳化物或σ相,从而造成晶界周围出现贫Cr区,或让S、P、Si等杂质元素在晶界出偏聚,为后续硫酸-硫酸铜+铜屑晶间腐蚀实验创造条件,以便晶界发生腐蚀。


3. 硫酸-硫酸铜+铜屑晶间腐蚀实验

   该实验是检验奥氏体不锈钢晶间腐蚀的ASTM标准方法;实验中CuSO4为钝化剂,H2SO4为腐蚀剂;与其它实验方法相比,该实验条件不是太苛刻;对于经固溶处理和敏化处理后材料晶间腐蚀敏感性相差十分明显,短时间就能获得结果;为了加速实验进行,需加铜屑,它虽比不加铜屑的酸性硫酸铜溶液实验条件更为苛刻,但实验灵敏度高,并可缩短了实验时间;由于该实验方法能够迅速检测晶间腐蚀的敏感性,实验条件稳定而且易于控制。

  a. 实验溶液的配制

   先将配液用的烧杯,量桶,玻璃棒等仪器用蒸馏水洗净,吹干,再用托盘天平称100g分析纯硫酸酮,将其倒入装有700ml蒸馏水的烧杯中,用玻璃棒轻轻搅拌均匀,再用量桶量取100ml优级纯硫酸,将其加入已配好的溶液中,边加边用玻璃棒轻轻搅拌,然后再用蒸馏水稀释至1000ml,将溶液静置,用保鲜膜将口封上待用。

  b.  实验步骤

 (1)、将制备好的试样和铜屑放入盛有丙酮的小烧杯中长时间浸泡待用。

 (2)、在已洗净的1000ml的烧杯底部放入一层经丙酮清洗过的铜屑,再将丙酮液中的试样取出用酒精清洗吹干放入烧杯中,试样要用铜屑隔开不能接触,将配好的硫酸-硫酸铜溶液倒入烧杯中,倒入的酸性硫酸铜溶液液面高于试样20mm即可,用保鲜膜封住烧杯口,在保鲜膜上扎上小孔,以减小烧杯内压。
 
 (3)、将烧杯放在有石棉网的电炉子上长时间加热,腐蚀液沸腾时间为21小时;


四、试验结果分析

  图中a、b、c分别为304L不锈钢、304不锈钢、310S不锈钢原始组织王水腐蚀后的金相照片,d为310S不锈钢敏化处理王水腐蚀后的金相照片,可以看出,304不锈钢的晶粒度明显比304L和310不锈钢的要小,并且在用王水腐蚀时,在相同件下,304、310不锈钢的要比304L的腐蚀时间要长,还发现,经敏化处理后310不锈钢经王水腐蚀后要比未经敏化处理的耐蚀性要差,这是敏化处理使铬的碳化物沿晶界析出,使晶界的能量升高,同时,碳化物的存在提高了晶界处电极电位,从而容易发生腐蚀。

 

 图中a、b、c分别为304L不锈钢、304不锈钢、310不锈钢经固溶处理,进行酸性硫酸铜晶间腐蚀实验腐蚀后直接观察得到的金相照片,可以看出,经过固溶处理后,三种奥氏体不锈钢都不会发生晶间腐蚀;但是不是经过固溶处理后三种钢就不会再发生晶间腐蚀呢?不是,因为实验时经过固溶处理后就马上转入晶间腐蚀实验,碳化物没有机会在晶界处析出,从而导致晶界周围不会出现贫铬现象,所以,不会发生腐蚀;而在生产实践中,材料是要在某一温度下进行长时间使用,由于经过固溶处理后,基体中的碳都处于过饱和状态,在使用过程中,只要材料在450-850ºC使用或停留,碳原子会以铬的碳化物的形式在晶界处析出,而造成晶界周围贫铬导致晶间腐蚀发生。图d是310经敏化处理晶间腐蚀试验后在光镜下的照片,可以看出,310奥氏体不锈钢在此次试验条件下,不会发生晶间腐蚀现象。这是因310不锈钢有很高的Cr含量,即使敏化处理在晶界处析出Cr23C6等碳化物也不会出现贫Cr区而发生发生晶间腐蚀,310不锈钢高含铬量使得晶界周围即使铬的碳化物析出产生贫铬区,也不会使得铬含量降低到11.7%以下,而产生晶间腐蚀。图中麻点和划痕本来在进行晶间腐蚀试验是会被腐蚀溶解掉,但是,在试样制备时,由于划痕太深,而未被腐蚀溶解掉。

  304L不锈钢和304不锈钢敏化处理后晶间腐蚀试样,图分别是304L不锈钢与304不锈钢经敏化处理后进行晶间腐蚀试验所得的光镜照片, 304不锈钢晶间腐蚀最为严重,304L不锈钢抗晶间腐蚀性要好于304不锈钢,这是由它们含碳量的高低不同所致。304L不锈钢碳含量为0.03%要比304的0.05%小,所以在晶界处产生碳化物的颗粒小,数量少,贫铬区窄,所以晶间腐蚀倾向小。

  

 通过SEM观察发现更进一步说明304不锈钢和304L不锈钢经敏化处理后均发生了晶间腐蚀,只是腐蚀程度不同,304不锈钢发生晶间腐蚀要比304L严重。既然304L也发生了晶间腐蚀,那么,有人关于奥氏体不锈钢当碳含量≤0.03%时不会发生晶间腐蚀的说法就有待商榷。


五、结论

 1. 在此试验条件下,310S不锈钢不发生晶间腐蚀。

 2. 304L不锈钢的抗晶间腐蚀性要比304不锈钢好。

 3. 奥氏体不锈钢敏化温度上限并非是850ºC,在870ºC也可出现敏化现象。

 4. 奥氏体不锈钢不发生晶间腐蚀的碳含量上限不是0.03%,而是比0.03%更低。
 

 
 

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