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    奥氏体不锈钢管晶间腐蚀的敏感性分析说明
    发布者:不锈钢管厂(www.ruthmania.com) 发布时间:2021/11/19 阅读:498

      浙江宏盛特钢有限公司为了研究1Cr17Mn6Ni5N奥氏体不锈钢管的晶间腐蚀行为,通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和晶间腐蚀试验研究了其在不同敏化温度和冷却方式下,晶间碳化物的析出和耐晶间腐蚀性能的变化。结果表明:1Cr17Mn6Ni5N奥氏体不锈钢管在敏化温度区间内加热时,晶界碳化物随加热温度的上升而增加,加热温度为850℃左右时晶界析出碳化物最多,主要为Cr23C6和Cr7C3;在敏化温度区间内相同加热温度时,水冷可显著减少其晶界碳化物的析出;1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管对晶间腐蚀不敏感。

     晶间腐蚀是奥氏体不锈钢应用中常见的一种局部腐蚀,产生的根本原因是热处理、焊接或其他受热过程中的热循环使其晶界析出碳化物,晶界附近的铬含量减小至小于12%而形成了“贫铬区”,腐蚀介质的作用贫铬区便产生晶间腐蚀。常用的202,304不锈钢一般在650℃左右对晶间腐蚀最为敏感,且主要晶间析出物为Cr23C6。然而,由于各种不锈钢化学成分的差异,其晶间腐蚀敏化温度和晶间碳化物的析出会发生变化,因而呈现出的最敏感温度范围也不同。

     本工作通过分析不同温度下1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管的碳化物析出和晶间腐蚀,研究了不同热循环对其碳化物析出的影响规律,并对影响因素进行了分析,以期为1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管的应用提供借鉴。

     

    一、试验

     以热轧退火酸洗后的1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管为基材,其显微结构为单相奥氏体组织,主要化学成分见表。将1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管分别加热至450,650,850℃,保温10分钟,分别采用水冷和空冷方式冷却到室温。依据GB/T4334-2008《金属和合金的腐蚀———不锈钢晶间腐蚀试验方法》(E方法急性试验),将其线切割成 100.0mm×20.0mm×4.5mm。用60,120号SiC金相砂纸逐级打磨表面,并用无水乙醇清洗。

     将100g符合GB/T665的硫酸铜分析纯溶于700mL蒸馏水中;加入100mL符合GB/T625的纯硫酸,用蒸馏水稀释至1000mL,配制成硫酸-硫酸铜溶液。在带磨口的锥形瓶底铺上一层纯度不小于99.5%(质量分数)的铜屑,放入试样;倒入硫酸-硫酸铜溶液,使试样处于全浸泡状态,装上回流冷凝器,接通冷却水,将溶液加热至微沸,保持16小时后取出。

     用蒸馏水冲洗掉表面腐蚀介质并用毛刷和10%盐酸清除腐蚀产物,用无水乙醇脱水并烘干,用电子天平称重,计算其平均腐蚀速率:

    v = m1-m2A·t

       式中 v———平均腐蚀速率,g/(mm2·h)

     m1,m2———试样腐蚀前后的质量,g

             A———试样工作表面积,mm2

             t———试验周期,h

     采用ZWICKZ1200型万能材料试验机进行弯曲试验,试样弯曲角度为180°;用10倍放大镜检查弯头处是否有因晶间腐蚀而产生的裂纹,以确定1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管晶间腐蚀的敏感性。

     晶间腐蚀后截取金相试样,用200mL HCl+5g FeCl3+100mL H2O 溶液浸蚀后,采用Leica金相显微镜观察其显微组织。以晶间腐蚀后的试样为阳极,铂电极为阴极,在35%(质量分数)HClO4的酒精溶液中电解30分钟,收集、过滤容器底部的沉积物,通过TD-3700X射线衍射仪分析其析出物的物相。

     

    二、结果与讨论

    1. 显微组织

      图为1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管不同加热温度空冷、水冷后晶间腐蚀的显微组织。由图可以看出:试样晶界析出物随加热温度的上升而增加,加热温度为850℃时,晶界析出物最多;水冷条件下试样的晶界析出物少于空冷试样。

    2. 晶间腐蚀速率

      图为3种加热温度、2种冷却方式时试样的晶间腐蚀速率。由图可以看出: 2种冷却方式试样的腐蚀速率变化趋势相同,腐蚀速率随着加热温度的上升而增加,加热温度为850℃时腐蚀速率最大;空冷试样的腐蚀速率大于水冷试样,加热温度由650℃增加到850℃时,试样的腐蚀速率增加幅度明显大于加热温度由450℃到650℃时的幅度。由此可知,1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管的晶间腐蚀敏感性随加热温度的升高而增加。

    3. 析出物的物相

      图为3种加热温度空冷、水冷后试样的晶间析出物的XRD分析结果。由图可以看出,试样晶间析出物主要为Cr23C6和Cr7C3。

      图为3种加热温度空冷、水冷后试样的晶间析出物峰值的强度。由图可以看出:空冷试样晶间析出物的峰值强度大于水冷试样,2种冷却方式的峰值强度变化趋势相同;峰值强度随着加热温度的上升而增加,850℃时峰值强度最大;加热温度由650℃增加到850℃时,峰值强度的增加幅度明显大于加热温度由450℃增加到650℃时的幅度。由此可知,16Cr奥氏体不锈钢的晶间析出物在加热温度为850℃时显著增加,这与试样晶间腐蚀速率的变化趋势相同。

      通常,钢中含碳量降至0.03%以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要求,钢中加入钛,铌等元素能形成稳定碳化物(TiC或NbC),也可防止其晶间腐蚀。钢中含有的某些合金元素也会促进碳化物的析出,如硅元素,即使在钢中碳含量很低的情况下,它的偏析也会促使碳化物在较短的时间内析出,从而造成晶间腐蚀。因为1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管中碳含量为0.068%,硅含量为0.450%,且不含钛和铌等强碳化物形成元素,故在加热保温过程中出现了碳化物的析出。在不含钛,铌等强碳化物形成元素的奥氏体不锈钢中Cr23C6为主要碳化物,而在1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管中则因碳含量较高而出现了Cr7C3。

      加热温度、保温时间及冷却方式主要通过影响碳原子的扩散而影响碳化物的析出。室温下碳在奥氏体不锈钢中的溶解度约为0.006%,600℃时溶解度约为0.030%,1000℃时约为0.180%,随着加热温度的增加,碳在奥氏体中的溶解度增加。在随后的冷却过程中,溶解在奥氏体中的碳会随着温度的降低而析出,在敏化温度区间停留时间越长,碳原子扩散越充分,晶界处铬便会与碳结合形成碳化物。冷却速度可以通过影响碳原子扩散而影响晶界碳化物的析出,冷却速度越快,碳原子在敏化温度区间扩散越不充分,晶间碳化物析出就越少。因此,在1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管敏化温度(400~900℃)内,加热温度越高、冷却速度越慢,碳化物的析出越多,水冷试样的晶界析出碳化物远少于空冷。

     

    4. 晶间腐蚀的敏感性

    1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管弯曲后虽然晶界存在黑色析出物,但表面均未产生晶间腐蚀裂纹,因而对晶间腐蚀不敏感。

     

    三、结论

    1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管在敏化温度区间加热时,晶界碳化物随加热温度上升而增加,加热温度850℃左右时晶界析出碳化物最多,主要为Cr23C6和Cr7C3。在敏化温度区间加热至相同温度时,水冷可显著减少晶界碳化物析出。1Cr17Mn6Ni5N不锈钢管对晶间腐蚀不敏感。

     

     
     

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