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(ben)工作通過(guo)分析(xi)不(bu)(bu)同溫(wen)度下1Cr17Mn6Ni5N不(bu)(bu)銹鋼管的(de)碳化(hua)物析(xi)出(chu)和(he)晶間(jian)腐蝕，研究了不(bu)(bu)同熱循環對其(qi)碳化(hua)物析(xi)出(chu)的(de)影響(xiang)規律，并(bing)對影響(xiang)因(yin)素(su)進行了分析(xi)，以期為1Cr17Mn6Ni5N不(bu)(bu)銹鋼管的(de)應用提供借鑒。


一、試驗


 以熱軋退火酸洗后的1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)為基材，其顯微結構為單相奧氏體組(zu)織(zhi)，主要化學成分(fen)見表。將1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)分(fen)別(bie)加熱至450，650，850℃，保溫(wen)10分(fen)鐘，分(fen)別(bie)采(cai)用水冷(leng)(leng)和(he)(he)空冷(leng)(leng)方式冷(leng)(leng)卻(que)到室(shi)溫(wen)。依據GB/T4334－2008《金屬(shu)和(he)(he)合金的腐蝕(shi)(shi)———不(bu)銹(xiu)鋼(gang)晶(jing)間腐蝕(shi)(shi)試驗(yan)方法》(E方法急性試驗(yan))，將其線切割成 100.0mm×20.0mm×4.5mm。用60，120號SiC金相砂紙逐(zhu)級打磨表面，并用無(wu)水乙醇清洗。


 將100g符(fu)合GB/T665的(de)硫酸(suan)(suan)銅分析純溶(rong)于700mL蒸(zheng)餾(liu)水(shui)(shui)中(zhong);加入100mL符(fu)合GB/T625的(de)純硫酸(suan)(suan)，用蒸(zheng)餾(liu)水(shui)(shui)稀釋(shi)至1000mL，配制(zhi)成硫酸(suan)(suan)-硫酸(suan)(suan)銅溶(rong)液。在帶(dai)磨口的(de)錐形瓶底(di)鋪上(shang)一層純度不小(xiao)(xiao)于99.5%(質量分數)的(de)銅屑，放入試(shi)樣;倒入硫酸(suan)(suan)-硫酸(suan)(suan)銅溶(rong)液，使試(shi)樣處于全(quan)浸泡狀態，裝上(shang)回流冷凝器(qi)，接通冷卻水(shui)(shui)，將溶(rong)液加熱至微沸(fei)，保持(chi)16小(xiao)(xiao)時后(hou)取出。


 用(yong)蒸餾(liu)水(shui)沖洗掉表面腐蝕(shi)介質(zhi)并(bing)用(yong)毛(mao)刷和10%鹽酸清除(chu)腐蝕(shi)產物(wu)，用(yong)無水(shui)乙(yi)醇脫水(shui)并(bing)烘干，用(yong)電子天平稱重，計算其平均腐蝕(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(shi)驗周期，h


 采用ZWICKZ1200型(xing)萬能材料試驗機進行(xing)彎曲(qu)試驗，試樣彎曲(qu)角度為180°;用10倍放大鏡(jing)檢查彎頭處是否有因晶間腐(fu)蝕(shi)而產生的(de)裂紋(wen)，以確定1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼管晶間腐(fu)蝕(shi)的(de)敏感性(xing)。


 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、結果與討論


1. 顯微組(zu)織


  圖(tu)為(wei)1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管(guan)不同加(jia)熱(re)溫度空冷、水(shui)冷后晶(jing)間腐蝕的顯微組織(zhi)。由圖(tu)可以看(kan)出:試(shi)(shi)樣晶(jing)界(jie)析出物隨加(jia)熱(re)溫度的上升(sheng)而增加(jia)，加(jia)熱(re)溫度為(wei)850℃時，晶(jing)界(jie)析出物最(zui)多;水(shui)冷條件(jian)下試(shi)(shi)樣的晶(jing)界(jie)析出物少于空冷試(shi)(shi)樣。


2. 晶間腐蝕速率


  圖(tu)為(wei)3種加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫度(du)、2種冷卻方(fang)式時(shi)試樣的(de)(de)(de)晶間腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率。由(you)圖(tu)可以(yi)看出: 2種冷卻方(fang)式試樣的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率變化(hua)趨勢(shi)相同，腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率隨(sui)著加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫度(du)的(de)(de)(de)上(shang)升(sheng)而增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫度(du)為(wei)850℃時(shi)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率最大;空(kong)冷試樣的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率大于(yu)水冷試樣，加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫度(du)由(you)650℃增(zeng)加(jia)(jia)(jia)到850℃時(shi)，試樣的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率增(zeng)加(jia)(jia)(jia)幅(fu)度(du)明顯大于(yu)加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫度(du)由(you)450℃到650℃時(shi)的(de)(de)(de)幅(fu)度(du)。由(you)此可知(zhi)，1Cr17Mn6Ni5N不銹(xiu)鋼管的(de)(de)(de)晶間腐(fu)(fu)蝕敏感性隨(sui)加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫度(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高而增(zeng)加(jia)(jia)(jia)。


3. 析出物的物相


  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(wei)3種加(jia)熱溫度(du)空(kong)冷(leng)、水冷(leng)后試樣的(de)晶(jing)間(jian)析出物(wu)峰值(zhi)(zhi)的(de)強(qiang)(qiang)度(du)。由圖可(ke)以看出:空(kong)冷(leng)試樣晶(jing)間(jian)析出物(wu)的(de)峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)大(da)(da)于水冷(leng)試樣，2種冷(leng)卻(que)方式的(de)峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)變化(hua)趨(qu)(qu)勢(shi)(shi)相同(tong);峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)隨著加(jia)熱溫度(du)的(de)上升(sheng)而增加(jia)，850℃時峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)最大(da)(da);加(jia)熱溫度(du)由650℃增加(jia)到(dao)(dao)850℃時，峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)增加(jia)幅度(du)明顯大(da)(da)于加(jia)熱溫度(du)由450℃增加(jia)到(dao)(dao)650℃時的(de)幅度(du)。由此可(ke)知，16Cr奧氏體不(bu)銹鋼的(de)晶(jing)間(jian)析出物(wu)在加(jia)熱溫度(du)為(wei)850℃時顯著增加(jia)，這(zhe)與試樣晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕速率的(de)變化(hua)趨(qu)(qu)勢(shi)(shi)相同(tong)。


  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(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)、保溫(wen)(wen)時(shi)(shi)間(jian)及冷(leng)(leng)(leng)卻(que)方式主要通過(guo)影響(xiang)(xiang)碳原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)擴散(san)(san)而影響(xiang)(xiang)碳化物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)。室溫(wen)(wen)下碳在奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)(du)(du)(du)約為0.006%，600℃時(shi)(shi)溶(rong)解度(du)(du)(du)(du)約為0.030%，1000℃時(shi)(shi)約為0.180%，隨(sui)著加熱(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加，碳在奧氏體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)(du)(du)(du)增加。在隨(sui)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)過(guo)程中(zhong)，溶(rong)解在奧氏體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)碳會(hui)隨(sui)著溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)降低而析(xi)(xi)出(chu)，在敏化溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)區間(jian)停留時(shi)(shi)間(jian)越長，碳原(yuan)子(zi)擴散(san)(san)越充(chong)分，晶(jing)(jing)界(jie)(jie)處(chu)鉻便會(hui)與(yu)碳結(jie)合(he)形成碳化物(wu)。冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)可以通過(guo)影響(xiang)(xiang)碳原(yuan)子(zi)擴散(san)(san)而影響(xiang)(xiang)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)碳化物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)，冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)越快，碳原(yuan)子(zi)在敏化溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)區間(jian)擴散(san)(san)越不(bu)充(chong)分，晶(jing)(jing)間(jian)碳化物(wu)析(xi)(xi)出(chu)就越少。因此，在1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼管敏化溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(400～900℃)內，加熱(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)越高、冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)越慢，碳化物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)越多，水冷(leng)(leng)(leng)試樣的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)析(xi)(xi)出(chu)碳化物(wu)遠少于空冷(leng)(leng)(leng)。


4. 晶(jing)間腐蝕的敏感性


1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管彎曲后雖然晶(jing)界存在黑(hei)色析出(chu)物，但表(biao)面(mian)均未產生晶(jing)間腐(fu)蝕裂(lie)紋，因而(er)對晶(jing)間腐(fu)蝕不敏感(gan)。



三、結論


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。