不銹鋼鑄件表面銹蝕原因分析

（太原重工理化檢定中心，山西 太原 030024）

某鑄造廠生產(chǎn)某不銹鋼鑄件產(chǎn)品，庫(kù)房常溫放置三月后，表面出現(xiàn)銹蝕，受委托對(duì)其銹蝕原因進(jìn)行試驗(yàn)分析。

1 試驗(yàn)分析

1.1 外觀分析

送檢樣品外表面整體呈紅色銹蝕狀，僅個(gè)別區(qū)域無腐蝕特征。銹蝕產(chǎn)物較松散，結(jié)合不致密，其上有小的孔洞特征。形貌如圖1 所示。

1.2 化學(xué)成分

委托方未明確材質(zhì)，按盲樣測(cè)試化學(xué)成分，結(jié)果見表1.

試驗(yàn)結(jié)果表明，材質(zhì)大致匹配1Cr13Mn6NiN屬于奧氏體以錳代鎳的節(jié)鎳不銹鋼。其中Cu 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57%應(yīng)當(dāng)關(guān)注具體牌號(hào)。

1.3 表面銹蝕產(chǎn)物分析

對(duì)樣品銹蝕嚴(yán)重區(qū)域和未銹蝕區(qū)域分別進(jìn)行分析。

圖1 送檢樣品外觀形貌

表1 樣品化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.3.1 銹蝕嚴(yán)重區(qū)域

掃描電鏡觀察表面，銹蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)松散，浮突在表面，呈泥狀花樣。

能譜分析基體金屬區(qū)域除材料本身元素外，主要含O、Na、Ca 等元素；銹蝕區(qū)同樣主要為O、Na、Ca等元素，但O 元素含量明顯升高。

微觀形貌及能譜分析如圖2 所示。

1.3.2 未銹蝕區(qū)域

未銹蝕區(qū)域基本觀察不到銹蝕產(chǎn)物。能譜分析除材料本身元素外，主要含O、Na、Ca 等元素。

圖2 表面銹蝕嚴(yán)重區(qū)域能譜分析

此外，表面發(fā)現(xiàn)大量粘砂，能譜分析成分主要為Si、O 元素。

未銹蝕區(qū)域微觀形貌及能譜分析如圖3 所示。

圖3 未銹蝕區(qū)域微觀形貌及能譜分析

銹蝕產(chǎn)物試驗(yàn)分析結(jié)果表明，銹蝕主要為氧腐蝕，未見Cl、S 等強(qiáng)腐蝕性元素。

1.4 顯微組織

1.4.1 鑄件表面

對(duì)樣品軸線方向及圓周方向均取樣，鑲嵌后截面觀察。表面有大量皮下疏松及凹坑存在。疏松有的與表面相通，有的未與表面相通。在凹坑及皮下疏松漏口區(qū)域均發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物層。腐蝕產(chǎn)物層深度約20 μm，形貌見圖4 所示。

圖4 鑄件表面放大后形貌

1.4.2 鑄件內(nèi)部

鑄件內(nèi)部發(fā)現(xiàn)大型外來夾雜物一處；發(fā)現(xiàn)宏觀縮松多處，尤其在鑄造熱節(jié)處更為明顯。試樣大部分區(qū)域都可觀察到顯微晶間縮松。

試樣經(jīng)氯化高鐵鹽酸水溶液浸蝕后，組織為馬氏體+奧氏體，屬鑄態(tài)組織[1]。明顯可觀察到顯微晶間縮松彌散分布于整個(gè)截面，處于多個(gè)晶粒匯合的晶界上，形貌見圖5 所示。

圖5 鑄件內(nèi)部缺陷及金相組織

2 討論

2.1 材質(zhì)方面

材質(zhì)大致匹配1Cr13Mn6NiN 屬于奧氏體以錳代鎳的節(jié)鎳不銹鋼。節(jié)鎳型不銹鋼無論耐均勻腐蝕性能還是耐局部腐蝕性能都比443 鐵素體不銹鋼、304 奧氏體不銹鋼相要差[2]。通常僅適用于弱腐蝕環(huán)境。

2.2 耐蝕性方面

不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素，鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素[3]。當(dāng)鋼中含鉻量達(dá)到12%左右時(shí)，鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜，可阻止鋼的基體進(jìn)一步腐蝕[1]。

2.3 鑄造縮松缺陷

鑄件內(nèi)部出現(xiàn)宏觀縮松及大量的顯微晶間縮松，尤其鑄件表面皮下有大量縮松存在。通常寬凝固溫度范圍合金極易產(chǎn)生晶間縮松。這類合金在砂型中凝固時(shí)，凝固區(qū)域?qū)挷⒛苎杆贁U(kuò)展至鑄件中心，使整個(gè)金屬液進(jìn)入凝固時(shí)期，以海綿狀網(wǎng)絡(luò)凝固方式或糊狀凝固方式進(jìn)行凝固。初生相的枝晶或等軸晶晶粒迅速布滿整個(gè)型腔，并搭接成固相網(wǎng)絡(luò)骨架。隨著枝晶或晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，就將網(wǎng)絡(luò)骨架中的殘余液相分割成一個(gè)個(gè)孤立的小熔池。小熔池中液相轉(zhuǎn)變或固相所發(fā)生的體積虧損無法進(jìn)行補(bǔ)縮而產(chǎn)生孔洞，形成晶間縮松。晶間縮松形成情況較復(fù)雜，可能的原因有金屬液含氫量高應(yīng)予以重視[2]。

2.4 綜合分析

材質(zhì)方面雖然鑄件材質(zhì)是不銹鋼，但是含鉻量低、含鎳量低、其抗腐蝕性能本身差[3]。彌散分布的晶間縮松除了降低合金材料的塑性、韌性外，還顯著降低鑄件的耐蝕性[4]。尤其鑄件表面存在大量皮下縮松，且許多疏松與表面相通。當(dāng)環(huán)境較為潮濕，且有大量氧存在時(shí)，在表面就會(huì)發(fā)生氧腐蝕[5]。

1Cr13Mn6NiN 不銹鋼通常僅適用于室內(nèi)裝潢，耐蝕性較差。在庫(kù)房放置通常情況是不會(huì)銹蝕的，但是如果庫(kù)房濕度較大、空氣流通性差等外在因素存在，自身抗銹蝕能力再差，綜合因素導(dǎo)致即便在庫(kù)房放置也發(fā)生銹蝕。

3 結(jié)論

本樣品不銹鋼鑄件表面銹蝕屬氧腐蝕。氧腐蝕產(chǎn)生的主要原因是不銹鋼材質(zhì)等級(jí)低、整體耐蝕性差，次要原因是鑄件存在大量晶間縮松缺陷進(jìn)一步降低了耐蝕性[5]。