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(guo)分析不(bu)同溫度下1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼(gang)管(guan)的碳化(hua)物(wu)析出(chu)和晶間腐蝕，研究了不(bu)同熱(re)循環對其碳化(hua)物(wu)析出(chu)的影響規律，并對影響因素進(jin)行了分析，以(yi)期為1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼(gang)管(guan)的應用提供借鑒(jian)。


一、試(shi)驗


 以熱軋退(tui)火酸洗(xi)后(hou)的1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管為(wei)基材(cai)，其顯微結構為(wei)單(dan)相奧(ao)氏(shi)體組織，主(zhu)要化學成分見表。將1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管分別加熱至(zhi)450，650，850℃，保溫10分鐘(zhong)，分別采用水冷和(he)空(kong)冷方(fang)式(shi)冷卻到室(shi)溫。依據GB/T4334－2008《金屬和(he)合金的腐蝕———不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼晶間(jian)腐蝕試(shi)(shi)驗方(fang)法》(E方(fang)法急(ji)性試(shi)(shi)驗)，將其線切割(ge)成 100.0mm×20.0mm×4.5mm。用60，120號(hao)SiC金相砂紙(zhi)逐級打磨表面，并用無水乙醇清洗(xi)。


 將(jiang)100g符(fu)合(he)GB/T665的硫(liu)(liu)酸(suan)銅分析(xi)純(chun)(chun)溶(rong)于(yu)700mL蒸餾水中;加入(ru)(ru)100mL符(fu)合(he)GB/T625的純(chun)(chun)硫(liu)(liu)酸(suan)，用蒸餾水稀釋至1000mL，配制成(cheng)硫(liu)(liu)酸(suan)-硫(liu)(liu)酸(suan)銅溶(rong)液(ye)。在帶磨(mo)口的錐(zhui)形瓶底鋪上一層純(chun)(chun)度(du)不小(xiao)于(yu)99.5%(質量分數)的銅屑(xie)，放入(ru)(ru)試樣;倒入(ru)(ru)硫(liu)(liu)酸(suan)-硫(liu)(liu)酸(suan)銅溶(rong)液(ye)，使試樣處(chu)于(yu)全浸泡狀態，裝上回流(liu)冷凝器，接通(tong)冷卻水，將(jiang)溶(rong)液(ye)加熱至微沸，保持16小(xiao)時后取出(chu)。


 用(yong)蒸餾水沖洗掉表(biao)面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質并(bing)用(yong)毛刷和10%鹽酸清除腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產物，用(yong)無水乙醇脫水并(bing)烘干，用(yong)電(dian)子(zi)天平稱重(zhong)，計(ji)算其平均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv):


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———試驗周期(qi)，h


 采用ZWICKZ1200型(xing)萬能材料試驗(yan)機進行彎(wan)曲試驗(yan)，試樣彎(wan)曲角度為180°;用10倍放大(da)鏡檢查彎(wan)頭處是否有因(yin)晶(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕而產(chan)生的裂紋，以確(que)定1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼管晶(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕的敏(min)感(gan)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、結果與討論


1. 顯微組(zu)織


  圖為1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹鋼管不(bu)同加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)空冷(leng)、水冷(leng)后晶間腐蝕的(de)顯(xian)微組織(zhi)。由圖可以看出:試(shi)樣(yang)晶界析(xi)出物隨(sui)加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)的(de)上升而增加(jia)，加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)為850℃時，晶界析(xi)出物最多;水冷(leng)條(tiao)件下試(shi)樣(yang)的(de)晶界析(xi)出物少于空冷(leng)試(shi)樣(yang)。


2. 晶(jing)間腐蝕速率


  圖(tu)為3種(zhong)加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)、2種(zhong)冷(leng)卻方式時(shi)試(shi)(shi)樣的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)速(su)率。由圖(tu)可(ke)以看出(chu): 2種(zhong)冷(leng)卻方式試(shi)(shi)樣的(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率變化(hua)趨勢相同，腐(fu)蝕(shi)速(su)率隨著加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)上(shang)升(sheng)而增(zeng)(zeng)加，加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為850℃時(shi)腐(fu)蝕(shi)速(su)率最(zui)大(da);空冷(leng)試(shi)(shi)樣的(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率大(da)于水冷(leng)試(shi)(shi)樣，加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)由650℃增(zeng)(zeng)加到850℃時(shi)，試(shi)(shi)樣的(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率增(zeng)(zeng)加幅度(du)(du)(du)明顯(xian)大(da)于加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)由450℃到650℃時(shi)的(de)幅度(du)(du)(du)。由此可(ke)知，1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管(guan)的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)敏感性隨加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)升(sheng)高(gao)而增(zeng)(zeng)加。


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)(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)空冷(leng)、水(shui)冷(leng)后(hou)試(shi)(shi)樣(yang)的(de)晶(jing)間(jian)析(xi)出(chu)物(wu)峰(feng)(feng)值(zhi)的(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)。由(you)圖可(ke)以看出(chu):空冷(leng)試(shi)(shi)樣(yang)晶(jing)間(jian)析(xi)出(chu)物(wu)的(de)峰(feng)(feng)值(zhi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)大于水(shui)冷(leng)試(shi)(shi)樣(yang)，2種冷(leng)卻方式的(de)峰(feng)(feng)值(zhi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)變(bian)化(hua)趨(qu)勢相(xiang)同;峰(feng)(feng)值(zhi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)隨著(zhu)(zhu)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)的(de)上升(sheng)而增加(jia)(jia)(jia)(jia)，850℃時(shi)(shi)峰(feng)(feng)值(zhi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)最(zui)大;加(jia)(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)由(you)650℃增加(jia)(jia)(jia)(jia)到850℃時(shi)(shi)，峰(feng)(feng)值(zhi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的(de)增加(jia)(jia)(jia)(jia)幅(fu)度(du)明顯大于加(jia)(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)由(you)450℃增加(jia)(jia)(jia)(jia)到650℃時(shi)(shi)的(de)幅(fu)度(du)。由(you)此可(ke)知(zhi)，16Cr奧氏體(ti)不銹鋼的(de)晶(jing)間(jian)析(xi)出(chu)物(wu)在加(jia)(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)為850℃時(shi)(shi)顯著(zhu)(zhu)增加(jia)(jia)(jia)(jia)，這與試(shi)(shi)樣(yang)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)速率的(de)變(bian)化(hua)趨(qu)勢相(xiang)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)間(jian)及冷(leng)卻方式主要(yao)通過影響碳(tan)原子(zi)的(de)(de)(de)擴散(san)而影響碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)析出。室溫(wen)(wen)下碳(tan)在(zai)(zai)奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)溶解度(du)(du)(du)約為0.006%，600℃時(shi)溶解度(du)(du)(du)約為0.030%，1000℃時(shi)約為0.180%，隨著加熱溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增加，碳(tan)在(zai)(zai)奧氏(shi)體中(zhong)的(de)(de)(de)溶解度(du)(du)(du)增加。在(zai)(zai)隨后的(de)(de)(de)冷(leng)卻過程中(zhong)，溶解在(zai)(zai)奧氏(shi)體中(zhong)的(de)(de)(de)碳(tan)會(hui)(hui)隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)降低而析出，在(zai)(zai)敏化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區間(jian)停留(liu)時(shi)間(jian)越(yue)(yue)長，碳(tan)原子(zi)擴散(san)越(yue)(yue)充(chong)分(fen)，晶(jing)(jing)界(jie)處(chu)鉻便會(hui)(hui)與碳(tan)結合形成碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)。冷(leng)卻速度(du)(du)(du)可以通過影響碳(tan)原子(zi)擴散(san)而影響晶(jing)(jing)界(jie)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)析出，冷(leng)卻速度(du)(du)(du)越(yue)(yue)快，碳(tan)原子(zi)在(zai)(zai)敏化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區間(jian)擴散(san)越(yue)(yue)不充(chong)分(fen)，晶(jing)(jing)間(jian)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)析出就越(yue)(yue)少(shao)。因此，在(zai)(zai)1Cr17Mn6Ni5N不銹鋼管敏化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(400～900℃)內，加熱溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)高、冷(leng)卻速度(du)(du)(du)越(yue)(yue)慢，碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)析出越(yue)(yue)多，水冷(leng)試樣的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)界(jie)析出碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)遠少(shao)于空冷(leng)。


4. 晶間腐蝕的敏感性


1Cr17Mn6Ni5N不(bu)銹(xiu)鋼管彎曲后雖然晶(jing)界存在黑(hei)色(se)析(xi)出物，但表面(mian)均未產生晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕裂紋，因而對(dui)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕不(bu)敏感。



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。