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)不同溫度下1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管(guan)的碳化物析(xi)出和晶間腐(fu)蝕，研究了不同熱循環(huan)對其碳化物析(xi)出的影響規律，并對影響因(yin)素進行了分析(xi)，以期(qi)為1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管(guan)的應用(yong)提供借鑒。
一(yi)、試(shi)驗
以熱軋退火酸(suan)洗后的1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管為基(ji)材(cai)，其(qi)顯微(wei)結(jie)構為單相(xiang)奧氏體組(zu)織，主要化學成分見表。將1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管分別(bie)加(jia)熱至450，650，850℃，保溫10分鐘，分別(bie)采用水(shui)冷和空(kong)冷方(fang)式冷卻(que)到(dao)室(shi)溫。依據GB/T4334－2008《金(jin)屬和合(he)金(jin)的腐蝕———不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼晶間(jian)腐蝕試(shi)驗(yan)方(fang)法》(E方(fang)法急性試(shi)驗(yan))，將其(qi)線切割成 100.0mm×20.0mm×4.5mm。用60，120號SiC金(jin)相(xiang)砂紙(zhi)逐級打磨表面，并(bing)用無水(shui)乙醇清洗。
將(jiang)100g符合(he)GB/T665的硫(liu)(liu)酸銅(tong)分(fen)析純溶(rong)于(yu)700mL蒸(zheng)餾水中;加(jia)入(ru)100mL符合(he)GB/T625的純硫(liu)(liu)酸，用蒸(zheng)餾水稀(xi)釋至(zhi)1000mL，配制(zhi)成硫(liu)(liu)酸-硫(liu)(liu)酸銅(tong)溶(rong)液(ye)。在帶磨口(kou)的錐形瓶(ping)底鋪(pu)上(shang)一層純度不小(xiao)于(yu)99.5%(質量分(fen)數(shu))的銅(tong)屑，放入(ru)試(shi)樣;倒(dao)入(ru)硫(liu)(liu)酸-硫(liu)(liu)酸銅(tong)溶(rong)液(ye)，使試(shi)樣處于(yu)全浸泡狀態，裝(zhuang)上(shang)回流冷凝器，接通冷卻水，將(jiang)溶(rong)液(ye)加(jia)熱至(zhi)微沸，保(bao)持(chi)16小(xiao)時后取出(chu)。
用蒸餾(liu)水(shui)(shui)沖洗掉表面腐蝕(shi)(shi)介(jie)質并用毛刷和10%鹽(yan)酸清(qing)除腐蝕(shi)(shi)產物，用無水(shui)(shui)乙(yi)醇脫水(shui)(shui)并烘干(gan)，用電子(zi)天平(ping)稱重(zhong)，計算其(qi)平(ping)均腐蝕(shi)(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(yong)ZWICKZ1200型萬(wan)能材(cai)料試驗(yan)機進行彎曲試驗(yan)，試樣彎曲角度為180°;用(yong)10倍放(fang)大鏡檢查彎頭(tou)處是否(fou)有因晶(jing)間腐蝕而產生的裂紋，以確定1Cr17Mn6Ni5N不銹(xiu)鋼(gang)管晶(jing)間腐蝕的敏感性。
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、結(jie)果與討(tao)論
1. 顯微組織
圖(tu)為1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管不同加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度空(kong)冷(leng)(leng)(leng)(leng)、水冷(leng)(leng)(leng)(leng)后晶(jing)間腐蝕(shi)的顯微組織。由圖(tu)可以看出(chu):試樣(yang)晶(jing)界析出(chu)物(wu)隨加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度的上升而增加(jia)(jia)(jia)，加(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度為850℃時(shi)，晶(jing)界析出(chu)物(wu)最多;水冷(leng)(leng)(leng)(leng)條件下試樣(yang)的晶(jing)界析出(chu)物(wu)少于空(kong)冷(leng)(leng)(leng)(leng)試樣(yang)。
2. 晶間(jian)腐蝕(shi)速率(lv)
圖為3種(zhong)加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)、2種(zhong)冷(leng)卻方式時試(shi)樣(yang)的(de)(de)晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率。由(you)圖可(ke)以看出: 2種(zhong)冷(leng)卻方式試(shi)樣(yang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率變(bian)化趨勢相同，腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率隨著加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)上(shang)升(sheng)而(er)增加(jia)，加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)為850℃時腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率最大;空冷(leng)試(shi)樣(yang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率大于(yu)水冷(leng)試(shi)樣(yang)，加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)由(you)650℃增加(jia)到850℃時，試(shi)樣(yang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率增加(jia)幅度(du)(du)明顯大于(yu)加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)由(you)450℃到650℃時的(de)(de)幅度(du)(du)。由(you)此(ci)可(ke)知，1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼(gang)管的(de)(de)晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)隨加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)升(sheng)高(gao)而(er)增加(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種加熱溫(wen)度(du)(du)(du)空冷(leng)(leng)、水冷(leng)(leng)后試樣(yang)(yang)(yang)的(de)(de)晶(jing)間(jian)(jian)析出(chu)物峰值(zhi)(zhi)的(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)。由圖可以看出(chu):空冷(leng)(leng)試樣(yang)(yang)(yang)晶(jing)間(jian)(jian)析出(chu)物的(de)(de)峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)大于水冷(leng)(leng)試樣(yang)(yang)(yang)，2種冷(leng)(leng)卻方式的(de)(de)峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)變(bian)化(hua)趨(qu)勢相同;峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)隨著加熱溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)上升而增(zeng)加，850℃時峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)最大;加熱溫(wen)度(du)(du)(du)由650℃增(zeng)加到850℃時，峰值(zhi)(zhi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加幅(fu)度(du)(du)(du)明顯(xian)大于加熱溫(wen)度(du)(du)(du)由450℃增(zeng)加到650℃時的(de)(de)幅(fu)度(du)(du)(du)。由此可知，16Cr奧(ao)氏體不銹鋼的(de)(de)晶(jing)間(jian)(jian)析出(chu)物在加熱溫(wen)度(du)(du)(du)為850℃時顯(xian)著增(zeng)加，這與試樣(yang)(yang)(yang)晶(jing)間(jian)(jian)腐蝕速率的(de)(de)變(bian)化(hua)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(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)、保溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間(jian)(jian)及冷(leng)(leng)卻(que)方(fang)式主要通過影(ying)響(xiang)(xiang)碳(tan)(tan)(tan)(tan)原子(zi)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)而影(ying)響(xiang)(xiang)碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)。室溫(wen)(wen)(wen)下碳(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)約為0.006%，600℃時(shi)溶解(jie)度(du)約為0.030%，1000℃時(shi)約為0.180%，隨著加(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，碳(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)奧氏(shi)體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)增加(jia)(jia)。在(zai)(zai)隨后的(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)過程中(zhong)，溶解(jie)在(zai)(zai)奧氏(shi)體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會(hui)隨著溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)降低而析(xi)出(chu)，在(zai)(zai)敏(min)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度(du)區間(jian)(jian)停(ting)留時(shi)間(jian)(jian)越長，碳(tan)(tan)(tan)(tan)原子(zi)擴(kuo)散(san)越充(chong)分(fen)(fen)，晶界(jie)處(chu)鉻便會(hui)與(yu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)結(jie)合形成碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)。冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)可(ke)以(yi)通過影(ying)響(xiang)(xiang)碳(tan)(tan)(tan)(tan)原子(zi)擴(kuo)散(san)而影(ying)響(xiang)(xiang)晶界(jie)碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)，冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)越快，碳(tan)(tan)(tan)(tan)原子(zi)在(zai)(zai)敏(min)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度(du)區間(jian)(jian)擴(kuo)散(san)越不充(chong)分(fen)(fen)，晶間(jian)(jian)碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)析(xi)出(chu)就越少。因此，在(zai)(zai)1Cr17Mn6Ni5N不銹(xiu)鋼管敏(min)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(400～900℃)內，加(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)越高、冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)越慢，碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)越多(duo)，水(shui)冷(leng)(leng)試(shi)樣的(de)(de)(de)(de)晶界(jie)析(xi)出(chu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)遠少于空冷(leng)(leng)。
4. 晶間腐蝕的敏感性
1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼管彎(wan)曲后雖然晶界(jie)存在(zai)黑(hei)色析出物，但表面均未(wei)產生晶間腐蝕(shi)裂紋，因而對晶間腐蝕(shi)不(bu)敏感。
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。
