浙江至德鋼業有限公司為了研究1Cr17Mn6Ni5N奧氏體在線亞洲日產一區二區:不銹鋼管的在線亞洲日產一區二區:晶間腐蝕行為，通過光學顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XＲD)和晶間腐蝕試驗研究了其在不同敏化溫度和冷卻方式下，晶間碳化物的析出和耐晶間腐蝕性能的變化。結果表明:1Cr17Mn6Ni5N奧氏體不銹鋼管在敏化溫度區間內加熱時，晶界碳化物隨加熱溫度的上升而增加，加熱溫度為850℃左右時晶界析出碳化物最多，主要為Cr23C6和Cr7C3;在敏化溫度區間內相同加熱溫度時，水冷可顯著減少其晶界碳化物的析出;1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管對晶間腐蝕不敏感。


 晶間腐蝕是在線亞洲日產一區二區:奧氏體不銹鋼應用中常見的一種局部腐蝕，產生的根本原因是熱處理、焊接或其他受熱過程中的熱循環使其晶界析出碳化物，晶界附近的鉻含量減小至小于12%而形成了“貧鉻區”，腐蝕介質的作用貧鉻區便產生晶間腐蝕。常用的202，在線亞洲日產一區二區:304不銹鋼一般在650℃左右對晶間腐蝕最為敏感，且主要晶間析出物為Cr23C6。然而，由于各種不銹鋼化學成分的差異，其晶間腐蝕敏化溫度和晶間碳化物的析出會發生變化，因而呈現出的最敏感溫度范圍也不同。


 本工(gong)作通過分析(xi)不同溫度(du)下1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管的(de)碳(tan)化物析(xi)出和晶間腐蝕，研究了(le)不同熱循環(huan)對其碳(tan)化物析(xi)出的(de)影(ying)響(xiang)規(gui)律，并對影(ying)響(xiang)因(yin)素進行了(le)分析(xi)，以(yi)期(qi)為1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管的(de)應用(yong)提供(gong)借鑒。


一、試驗


 以熱軋退(tui)火酸洗(xi)后的(de)1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)鋼管為基材，其顯微結(jie)構為單(dan)相奧氏體組(zu)織，主要化學成分(fen)見表(biao)。將1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)鋼管分(fen)別加熱至(zhi)450，650，850℃，保溫10分(fen)鐘，分(fen)別采用水冷和空冷方(fang)(fang)式冷卻到(dao)室溫。依據GB/T4334－2008《金(jin)屬(shu)和合(he)金(jin)的(de)腐蝕(shi)———不(bu)銹(xiu)鋼晶間腐蝕(shi)試(shi)驗方(fang)(fang)法(fa)》(E方(fang)(fang)法(fa)急性試(shi)驗)，將其線(xian)切割成 100.0mm×20.0mm×4.5mm。用60，120號(hao)SiC金(jin)相砂紙逐級打磨表(biao)面(mian)，并用無水乙醇清洗(xi)。


 將(jiang)100g符合GB/T665的硫酸銅(tong)(tong)分析純(chun)溶(rong)(rong)于(yu)700mL蒸餾水中;加(jia)入100mL符合GB/T625的純(chun)硫酸，用蒸餾水稀(xi)釋至(zhi)(zhi)1000mL，配制成硫酸-硫酸銅(tong)(tong)溶(rong)(rong)液(ye)。在帶(dai)磨口的錐形瓶底鋪上一層純(chun)度不(bu)小(xiao)于(yu)99.5%(質量分數)的銅(tong)(tong)屑，放入試樣;倒(dao)入硫酸-硫酸銅(tong)(tong)溶(rong)(rong)液(ye)，使試樣處于(yu)全(quan)浸(jin)泡狀(zhuang)態，裝上回流(liu)冷(leng)凝(ning)器，接通冷(leng)卻(que)水，將(jiang)溶(rong)(rong)液(ye)加(jia)熱至(zhi)(zhi)微沸，保持16小(xiao)時(shi)后取出。


 用蒸餾水沖洗掉表面腐(fu)蝕(shi)介質并(bing)用毛刷和10%鹽酸清除腐(fu)蝕(shi)產(chan)物(wu)，用無水乙(yi)醇脫水并(bing)烘(hong)干(gan)，用電子天平(ping)稱(cheng)重，計(ji)算(suan)其平(ping)均腐(fu)蝕(shi)速率:


v = m1-m2A·t


   式中 v———平均腐蝕速率，g/(mm2·h)


 m1，m2———試樣腐蝕前后的質量，g


         A———試樣工作表面積，mm2


          t———試驗(yan)周期，h


 采用ZWICKZ1200型萬能(neng)材料(liao)試驗機進行(xing)彎(wan)(wan)(wan)曲試驗，試樣彎(wan)(wan)(wan)曲角度為180°;用10倍放大鏡檢查彎(wan)(wan)(wan)頭(tou)處是否有因晶(jing)間(jian)腐蝕而(er)產生的裂(lie)紋，以確定(ding)1Cr17Mn6Ni5N不銹(xiu)鋼(gang)管晶(jing)間(jian)腐蝕的敏感性。


 晶間腐蝕后截取金相試樣，用200mL HCl+5g FeCl3+100mL H2O 溶液浸蝕后，采用Leica金相顯微鏡觀察其顯微組織。以晶間腐蝕后的試樣為陽極，鉑電極為陰極，在35%(質量分數)HClO4的酒精溶液中電解30分鐘，收集、過濾容器底部的沉積物，通過TD-3700X射線衍射儀分析其析出物的物相。



二(er)、結果與(yu)討(tao)論


1. 顯(xian)微組織


  圖(tu)為1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管(guan)不同加(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)度(du)(du)空冷(leng)(leng)、水冷(leng)(leng)后晶間(jian)腐蝕的顯微組(zu)織。由圖(tu)可以看出(chu)(chu):試樣(yang)晶界(jie)(jie)析出(chu)(chu)物(wu)隨加(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)度(du)(du)的上升而增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，加(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)度(du)(du)為850℃時，晶界(jie)(jie)析出(chu)(chu)物(wu)最(zui)多(duo);水冷(leng)(leng)條件下試樣(yang)的晶界(jie)(jie)析出(chu)(chu)物(wu)少于空冷(leng)(leng)試樣(yang)。


2. 晶間腐蝕速率(lv)


  圖(tu)為(wei)3種(zhong)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)、2種(zhong)冷卻方式(shi)(shi)時(shi)試樣(yang)的(de)晶間(jian)腐蝕(shi)速(su)率(lv)。由圖(tu)可(ke)以看出: 2種(zhong)冷卻方式(shi)(shi)試樣(yang)的(de)腐蝕(shi)速(su)率(lv)變化趨勢相同，腐蝕(shi)速(su)率(lv)隨著加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)上升而增加(jia)(jia)，加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)850℃時(shi)腐蝕(shi)速(su)率(lv)最大;空冷試樣(yang)的(de)腐蝕(shi)速(su)率(lv)大于(yu)水冷試樣(yang)，加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)由650℃增加(jia)(jia)到(dao)850℃時(shi)，試樣(yang)的(de)腐蝕(shi)速(su)率(lv)增加(jia)(jia)幅(fu)度(du)(du)(du)明顯大于(yu)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)由450℃到(dao)650℃時(shi)的(de)幅(fu)度(du)(du)(du)。由此(ci)可(ke)知，1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管的(de)晶間(jian)腐蝕(shi)敏感性隨加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)升高而增加(jia)(jia)。


3. 析出物(wu)的物(wu)相


  圖為3種加熱溫度空冷、水冷后試樣的晶間析出物的XRD分析結果。由圖可以看出，試樣晶間析出物主要為Cr23C6和Cr7C3。


  圖為3種加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)空冷、水冷后試樣(yang)(yang)的晶(jing)間析出物峰值(zhi)的強(qiang)(qiang)度(du)(du)。由圖可(ke)以看出:空冷試樣(yang)(yang)晶(jing)間析出物的峰值(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)大(da)于(yu)水冷試樣(yang)(yang)，2種冷卻方式(shi)的峰值(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)變(bian)化趨(qu)勢相同;峰值(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)隨著加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)的上升而增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，850℃時峰值(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)最大(da);加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)由650℃增(zeng)加(jia)(jia)(jia)到850℃時，峰值(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)的增(zeng)加(jia)(jia)(jia)幅度(du)(du)明顯大(da)于(yu)加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)由450℃增(zeng)加(jia)(jia)(jia)到650℃時的幅度(du)(du)。由此可(ke)知(zhi)，16Cr奧氏(shi)體不銹鋼的晶(jing)間析出物在加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)為850℃時顯著增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，這與(yu)試樣(yang)(yang)晶(jing)間腐(fu)蝕速率的變(bian)化趨(qu)勢相同。


  通常，鋼中含碳量降至0.03%以下即可滿足抗晶間腐蝕性能的要求，鋼中加入鈦，鈮等元素能形成穩定碳化物(TiC或NbC)，也可防止其晶間腐蝕。鋼中含有的某些合金元素也會促進碳化物的析出，如硅元素，即使在鋼中碳含量很低的情況下，它的偏析也會促使碳化物在較短的時間內析出，從而造成晶間腐蝕。因為1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管中碳含量為0.068%，硅含量為0.450%，且不含鈦和鈮等強碳化物形成元素，故在加熱保溫過程中出現了碳化物的析出。在不含鈦，鈮等強碳化物形成元素的奧氏體不銹鋼中Cr23C6為主要碳化物，而在1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管中則因碳含量較高而出現了Cr7C3。


  加熱溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)、保溫(wen)(wen)時(shi)(shi)間及(ji)冷(leng)卻方式(shi)主(zhu)要通過(guo)影(ying)(ying)響(xiang)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)擴散(san)而(er)影(ying)(ying)響(xiang)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)析出(chu)(chu)(chu)。室溫(wen)(wen)下碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)(du)約為0.006%，600℃時(shi)(shi)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)(du)約為0.030%，1000℃時(shi)(shi)約為0.180%，隨著加熱溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)增加，碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)(du)增加。在(zai)(zai)隨后的(de)(de)冷(leng)卻過(guo)程中(zhong)(zhong)，溶解(jie)(jie)(jie)在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)會(hui)隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)降(jiang)低而(er)析出(chu)(chu)(chu)，在(zai)(zai)敏化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區間停(ting)留時(shi)(shi)間越(yue)長，碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)擴散(san)越(yue)充(chong)分，晶(jing)(jing)界(jie)處鉻(ge)便會(hui)與(yu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)結合(he)形(xing)成碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)。冷(leng)卻速(su)(su)度(du)(du)(du)可(ke)以(yi)通過(guo)影(ying)(ying)響(xiang)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)擴散(san)而(er)影(ying)(ying)響(xiang)晶(jing)(jing)界(jie)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)析出(chu)(chu)(chu)，冷(leng)卻速(su)(su)度(du)(du)(du)越(yue)快，碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)在(zai)(zai)敏化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區間擴散(san)越(yue)不充(chong)分，晶(jing)(jing)間碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)析出(chu)(chu)(chu)就(jiu)越(yue)少。因此，在(zai)(zai)1Cr17Mn6Ni5N不銹(xiu)鋼管敏化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(400～900℃)內，加熱溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)越(yue)高、冷(leng)卻速(su)(su)度(du)(du)(du)越(yue)慢，碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)析出(chu)(chu)(chu)越(yue)多，水(shui)冷(leng)試樣(yang)的(de)(de)晶(jing)(jing)界(jie)析出(chu)(chu)(chu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)遠少于(yu)空冷(leng)。


4. 晶間(jian)腐蝕的敏感性


1Cr17Mn6Ni5N不銹(xiu)鋼管彎曲(qu)后(hou)雖然(ran)晶(jing)界存在黑色(se)析出(chu)物，但表面均(jun)未產生晶(jing)間(jian)腐蝕裂紋，因而(er)對晶(jing)間(jian)腐蝕不敏(min)感。



三、結論(lun)


1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管在敏化溫度區間加熱時，晶界碳化物隨加熱溫度上升而增加，加熱溫度850℃左右時晶界析出碳化物最多，主要為Cr23C6和Cr7C3。在敏化溫度區間加熱至相同溫度時，水冷可顯著減少晶界碳化物析出。1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管對晶間腐蝕不敏感。