節(jié)鎳型不銹鋼點狀腐蝕缺陷分析及改進

徐向東，蒲嘉亮

（鞍鋼聯(lián)眾不銹鋼股份有限公司冷軋廠，廣東 廣州510760）

奧氏體不銹鋼按其化學(xué)成分可分為鉻鎳系（300系）奧氏體不銹鋼和鉻錳系（200系）奧氏體不銹鋼兩個系列，其中鉻錳系奧氏體不銹鋼是在鉻鎳系奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，往鋼中加入錳、氮等元素代替添加貴重金屬鎳元素，又稱為節(jié)鎳型不銹鋼。節(jié)鎳型不銹鋼中因添加了錳、氮元素，大大增加了MnS、（Mn，F(xiàn)e）S、（Mn，F(xiàn)e）O 等夾雜物生成的幾率。而這些夾雜物以及夾雜物周圍基體很容易成為點蝕的誘發(fā)源，增加不銹鋼的點蝕敏感性[1-3]，所以在實際生產(chǎn)過程中，節(jié)鎳型不銹鋼更容易發(fā)生點狀腐蝕缺陷。本文利用SEM、EDS以及電化學(xué)測試系統(tǒng)等手段，對節(jié)鎳型不銹鋼冷軋鋼卷初期生產(chǎn)過程中，板面上出現(xiàn)的點狀腐蝕缺陷的形態(tài)特征及成因進行分析排查，并在實驗室模擬驗證的基礎(chǔ)上，制定了一系列的改進措施，取得較好效果。

1 缺陷形態(tài)特征

圖1為節(jié)鎳型不銹鋼冷軋鋼卷初期生產(chǎn)過程中，板面上出現(xiàn)的點狀腐蝕缺陷，由圖可知，缺陷在試樣板面無規(guī)律狀態(tài)分布，形態(tài)為密集斑點凹坑狀點蝕，凹坑內(nèi)目視無夾雜物，與正常區(qū)域有明顯色差，點蝕坑尺寸為1～3 mm。

圖1 腐蝕缺陷形態(tài)Fig.1 Shapes of Corrosion Defect

2 缺陷成因分析

2.1 合金成分影響分析

利用SEM與EDS分別對樣板缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的表面形貌以及化學(xué)成分進行觀察和分析，缺陷區(qū)域與正常區(qū)域的表面形貌如圖2所示。從圖中可以看出，缺陷區(qū)域出現(xiàn)了明顯的腐蝕跡象，表面晶粒呈現(xiàn)不完整的狀態(tài)，而正常區(qū)域的晶粒界限完整。表1為試樣EDS檢測結(jié)果，由表可以看出缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的化學(xué)成分差異不大，且均在正常范圍內(nèi)，因此可以排除由于化學(xué)成分異常而導(dǎo)致鋼板表面點狀腐蝕發(fā)生的可能性。

圖2 缺陷區(qū)域與正常區(qū)域的表面形貌Fig.2 Surface Morphology of Defect Area and Normal Area

表1 試樣EDS檢測結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 EDS Test Results of Samples（Mass Fraction） %

2.2 外界介質(zhì)影響分析

從產(chǎn)線入口到爐子出口與帶鋼接觸的介質(zhì)有軋延油、脫脂劑、入口活套可能滴落的油水混合物及其他雜質(zhì)。

對除油區(qū)出口至爐區(qū)入口段的產(chǎn)線活套、鋼構(gòu)進行檢查，無滴液噴濺，無異物掉落在帶鋼表面；對軋延油、脫脂劑各項參數(shù)以及作業(yè)人員的生產(chǎn)添加記錄進行檢查，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，未發(fā)現(xiàn)異常，因此排除由于外界介質(zhì)的殘留或指標(biāo)異常而導(dǎo)致鋼板表面點狀腐蝕發(fā)生的可能性

2.3 鋼板表面性能影響分析

由于實際生產(chǎn)過程中，點狀缺陷更容易發(fā)生在節(jié)鎳型不銹鋼表面，因此選取兩種節(jié)鎳型不銹鋼20L1、20LH為研究試樣，同時以304不銹鋼為參比試樣，利用電化學(xué)測試系統(tǒng)對鋼板表面耐點蝕性能進行測試分析，3種試樣的化學(xué)成分見表2。從成分可見，20L1和20LH的鎳、鉻含量較低，錳、氮含量較高，為節(jié)鎳型不銹鋼的典型代表。由于鉻含量的降低，理論上會降低自身的抗腐蝕性。

表2 三種不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2 Chemical Composition of Three Kinds of Stainless Steel（Mass Fraction） %

按照GB/T 17899-1999不銹鋼點蝕電位測量 方法制備上述3種試樣的工作電極，將加工好的試樣用環(huán)氧樹脂進行封裝，每個鋼種制備3個試樣，參比電極使用甘汞電極，輔助電極使用鉑電極。實驗后除去環(huán)氧樹脂等封裝物，用10倍放大鏡檢查試樣與封裝物接觸區(qū)域是否有縫隙腐蝕發(fā)生，若有發(fā)生，則舍棄此電極測量值。試驗溶液為3.5%NaCl，試驗前向溶液中通入純氮30 min進行預(yù)除氧。以50 mV/min的電位掃描速率進行陽極極化，當(dāng)陽極電流密度達到1 000 μA/cm2時停止試驗。

圖3為3種不同鋼種的陽極極化曲線，對應(yīng)的點蝕電位、腐蝕電位如表3所示，從試驗結(jié)果可知，節(jié)鎳型不銹鋼20L1、20LH點蝕電位均比304要低，這說明節(jié)鎳型不銹鋼的點蝕敏感性較高，在相同的條件下更容易發(fā)生點蝕。據(jù)文獻介紹，金屬的耐蝕能力與其表面的均勻性有關(guān)，夾雜物的分布和組成對點蝕有重大影響。節(jié)鎳型不銹鋼中因添加了大量的錳元素， 為生成MnS、（Mn，F(xiàn)e）S、（Mn，F(xiàn)e）O 等夾雜物提供了條件， 而 MnS、（Mn，F(xiàn)e）S、（Mn，F(xiàn)e）O 等夾雜物是不銹鋼材料萌生點腐蝕最敏感的位置；另外晶界也是點腐蝕發(fā)生的敏感位置。這些敏感位置在腐蝕性介質(zhì)中會優(yōu)先發(fā)生腐蝕，而圖2（a）中所描述的腐蝕現(xiàn)象就是不銹鋼沿著晶界發(fā)生的腐蝕。

圖3 3種不同鋼種的陽極極化曲線Fig.3 Anode Polarization Curves of Three Different Steels

表3 試樣在3.5%NaCl溶液中動電位極化測試結(jié)果Table 3 Test Results of Anode Polarizationin 3.5%NaCl Solution

表3中可以看出，三個鋼種的點蝕電位與腐蝕電位均與其鉻含量有正相關(guān)性，證明節(jié)鎳型不銹鋼比傳統(tǒng)的鎳鉻系不銹鋼更易產(chǎn)生腐蝕。

2.4 實驗室驗證試驗

通過改變鋼板和外界腐蝕性介質(zhì)的接觸方式（暴露時間、溫度、接觸物濃度等）對不銹鋼表面發(fā)生點蝕的問題進行驗證。經(jīng)考察，鋼板生產(chǎn)過程中，最直接與鋼板接觸的腐蝕性介質(zhì)是脫脂劑，下面工作主要是圍繞鋼板與脫脂劑的接觸狀態(tài)而展開。

取軋機軋延后的含油試片，分為a、b、c三個比照組進行試驗，試驗方案見表4。

表4 試驗方案Table 4 Test Scheme

試驗后，模擬機組實際情況進行退火、電解、酸洗處理。圖4為各組試樣進行驗證試驗后的表面形貌圖。由圖4可知，a組試片進行退火酸洗時表面帶有軋延油，雖然較臟但未發(fā)現(xiàn)斑點狀腐蝕缺陷痕跡，排除軋延油因素單獨影響的可能；b組試片經(jīng)脫脂劑長時間浸泡后進行退火酸洗，明顯可見密集型點狀腐蝕缺陷，且形態(tài)與機組產(chǎn)生的腐蝕缺陷極為相似；c組試片用不同濃度的脫脂劑將軋延油沖洗干凈后，立刻進行退火酸洗，未發(fā)現(xiàn)點狀腐蝕缺陷痕跡，并且從鋼板板面質(zhì)量觀察，脫脂劑濃度在4 g/L時試樣表面質(zhì)量最佳。

為了更好的驗證b組的試驗結(jié)果，針對b組中脫脂劑的沖洗時間再做一組梯度試驗，具體方法為：取5塊相同的試片，使用濃度為2 g/L的脫脂劑沖洗6 s，待試片表面軋延油沖洗干凈后，浸泡在濃度為2 g/L的脫脂劑中，浸泡時間分別4 s、8 s、12 s、16 s、20 s，再用純水沖洗 5 s；模擬機組的實際情況，進行退火、電解、酸洗處理，最終試片表面形貌如圖5所示，試片表面均出現(xiàn)不同程度的腐蝕缺陷，且浸泡時間越長，缺陷呈現(xiàn)越明顯的趨勢。

圖4 實驗室驗證試驗后表面形貌圖Fig.4 Surface Topography after Verification Test in Laboratory

圖5 試片表面形貌Fig.5 Surface Morphology of Specimen

綜上所述，腐蝕缺陷僅出現(xiàn)在經(jīng)脫脂劑浸泡過的試片上，試片與脫脂劑接觸時間越長，缺陷越明顯，這與實際生產(chǎn)時鋼板在脫脂工序間浸泡時間較長后，板面極易誘發(fā)腐蝕的狀況完全吻合。

3 改進措施及效果

針對試驗結(jié)論，結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，采取了以下改進措施：

（1）將脫脂劑濃度降低到4 g/L；

（2）加大清洗水水量，制定循環(huán)桶、噴桿清理周期，保證脫脂后板面清潔；

（3）生產(chǎn)1.0 mm以上節(jié)鎳型不銹鋼厚板時，關(guān)閉預(yù)洗段前6組噴桿，縮短鋼板與脫脂劑接觸時間。

采取上述改進措施后，有效控制了實際生產(chǎn)中節(jié)鎳型不銹鋼表面點狀腐蝕缺陷的產(chǎn)生，缺陷量降低明顯，產(chǎn)品表面質(zhì)量提高效果顯著，缺陷檢出及降級情況對比見表5。

表5 缺陷檢出及降級情況對比Table 5 Comparison of Defect Detection and Degradation

4 結(jié)論

（1）通過對節(jié)鎳型不銹鋼點狀腐蝕缺陷進行SEM、EDS及電化學(xué)檢測，找出產(chǎn)生點狀腐蝕缺陷的原因為帶鋼表面與堿性脫脂劑長時間接觸。脫脂劑的濃度越高，接觸時間越長，點狀缺陷腐蝕越明顯。

（2）驗證試驗證明了節(jié)鎳型不銹鋼的點蝕電位及腐蝕電位都比傳統(tǒng)304不銹鋼低，更易受外界影響發(fā)生腐蝕。因此，生產(chǎn)節(jié)鎳型不銹鋼時，要充分考慮除油環(huán)節(jié)，既要保證有效除油，也要控制脫脂劑濃度及接觸時間，以便清洗。

（3）采取適當(dāng)?shù)母倪M措施后，有效控制了實際生產(chǎn)中節(jié)鎳型不銹鋼表面點狀腐蝕缺陷的產(chǎn)生，缺陷量大幅度降低，產(chǎn)品表面質(zhì)量明顯提高。