加熱對(duì)SUS301L 不銹鋼耐腐蝕性能的影響

呂 雙

奧氏體不銹鋼自1913 年在德國(guó)問(wèn)世后, 就以其全面、 良好的綜合性能被廣泛應(yīng)用于原子能工業(yè)、 鐵道車輛、 造船工業(yè)、 食品設(shè)備等。 國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)其性能及耐蝕性等方面已有諸多研究。 SUS301L 奧氏體鋼已經(jīng)成為制造不銹鋼車體的主要材料,而國(guó)產(chǎn)奧氏體不銹鋼冷軋板材通過(guò)焊后熱調(diào)修控制焊接變形時(shí)易產(chǎn)生軟化效應(yīng)[1,2]。 同時(shí)， 加熱溫度在450～850 ℃范圍時(shí)， 存在晶間腐蝕傾向[3,4]。 為此， 本文對(duì)不同溫度下熱處理后的SUS301L 不銹鋼試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)， 以評(píng)估熱調(diào)修工藝對(duì)SUS301L 不銹鋼和耐蝕性能的影響。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

本文試驗(yàn)材料選自SUS301L 奧氏體不銹鋼板材（見表1）。

本文選擇三種SUS301L 奧氏體不銹鋼板材（見表2）。

1.2 試驗(yàn)方法

（1） 晶間腐蝕試驗(yàn)

晶間腐蝕試驗(yàn)參照GB/T4334.1-2000 《不銹鋼10%草酸浸蝕試驗(yàn)方法》 的規(guī)定進(jìn)行[5]， 焊接接頭經(jīng)打磨、 拋光、 腐蝕后進(jìn)行組織分析。 試樣在P-2型拋光機(jī)上拋光， 腐蝕液為濃度10%的草酸溶液，設(shè)備使用直流穩(wěn)壓開關(guān)電源 （見圖1）， 其中陰極為表面積足夠大的不銹鋼片， 陽(yáng)極為晶間腐蝕試樣。 試樣浸蝕后在BX51M 顯微鏡下觀察不銹鋼焊接接頭的母材、 熱影響區(qū)和焊縫區(qū)的組織形態(tài)。

表1 SUS301L 奧氏體不銹鋼板材 （wt.%）

表2 銹鋼板材力學(xué)性能

本試驗(yàn)的加熱溫度分別取450 ℃、 550 ℃、650 ℃、 750 ℃、 850 ℃， 保溫時(shí)間均為10 min。根據(jù)GB/T 4334.1-2000 標(biāo)準(zhǔn)， 將浸蝕處理后的試樣與標(biāo)準(zhǔn)浸蝕組織對(duì)比， 確定腐蝕程度的類型（見表3）。

（2） 晶間腐蝕試驗(yàn)步驟

①將100 g 的草酸溶解于900 ml 的蒸餾水或去離子水中， 配成10%的草酸溶液。

②把試樣作為陽(yáng)極， 倒入10%的草酸溶液，奧氏體不銹鋼容器作為陰極， 然后接通電路。 電流密度為1 A/cm2， 浸蝕時(shí)間為90 s， 浸蝕溶液溫度為20～50 ℃。

圖1 晶間腐蝕裝置浸蝕電路

③試樣浸蝕后， 用流水洗凈、 擦干。 在金相顯微鏡下觀察試樣， 放大倍數(shù)為200～500 倍， 然后判斷組織類別。

表3 晶界形態(tài)的分類

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 加熱溫度對(duì)晶間腐蝕性能的影響

（1） SUS301L-DLT 不銹鋼

SUS301L-DLT 不銹鋼在450～850 ℃加熱溫度下的晶間腐蝕形貌（見表4）。

從表中可以看出， 經(jīng)過(guò)晶間腐蝕試驗(yàn)后， 晶界無(wú)腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。

（2） SUS301L-ST 不銹鋼

SUS301L-ST 不銹鋼在450～850 ℃加熱溫度下的晶間腐蝕形貌（見表5）。

從表中可以看出， 經(jīng)過(guò)晶間腐蝕試驗(yàn)后， 晶界無(wú)腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。

（3） SUS301L-MT 不銹鋼

SUS301L-MT 不銹鋼在450～850 ℃加熱溫度下的晶間腐蝕形貌（見表6）。

從表中可以看出， 經(jīng)過(guò)晶間腐蝕， 晶界無(wú)腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。

2.2 結(jié)果分析

通過(guò)草酸陽(yáng)極腐蝕試驗(yàn)了解奧氏體不銹鋼在特定介質(zhì)中的耐蝕性， 可以用于改善熱處理工藝及焊接工藝。 產(chǎn)生奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的原因很多，但主要是由于晶界合金元素的貧化， 特別是鉻元素貧化， 不銹鋼之所以耐蝕， 主要是由于鋼中含有一定量的鉻等可鈍化元素， 可是如果在晶界有富鉻相析出， 這些相的主要成分為鉻的碳化物， 析出相中鉻的含量高達(dá)95%， 由此確定沿著晶界會(huì)產(chǎn)生一個(gè)貧鉻區(qū)。 當(dāng)貧化區(qū)的鉻含量降低至鈍化所需極限含量以下時(shí)， 貧化區(qū)的晶界將會(huì)轉(zhuǎn)化為陽(yáng)極， 在腐蝕介質(zhì)的作用下， 將會(huì)發(fā)生晶界腐蝕。

通過(guò)本文比較SUS301L 不銹鋼的晶界組織形態(tài)， 可以看出SUS301L 的含碳量w (C) ＜0.03%，屬于超低碳材料。 而含碳量較低的SUS301L 只會(huì)與少量的鉻反應(yīng)， 生成碳化鉻， 貧鉻效應(yīng)較小。 因此， SUS301L 的晶間腐蝕現(xiàn)象很弱。

經(jīng)過(guò)貧鉻理論分析后， 只要在制定焊接工藝中減少熔敷金屬中碳的來(lái)源就可以有效防止晶粒邊界產(chǎn)生貧鉻區(qū)， 提高抗晶間腐蝕能力。 此外， 采用加工處理也可以減少貧鉻區(qū)的產(chǎn)生， 如： 對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行固溶處理， 可以使焊接時(shí)析出的鉻的碳化物重新固溶到奧氏體中去。

表4 SUS301L-DLT 不銹鋼晶間腐蝕形貌

表5 SUS301L-ST 不銹鋼晶間腐蝕形貌

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)本文的實(shí)驗(yàn)可知， 在450～850 ℃加熱時(shí)SUS301L 不銹鋼存在晶間腐蝕傾向， 但是晶界沒(méi)有腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。 由此可知， SUS301L 的晶間腐蝕現(xiàn)象很弱， 耐腐蝕性能較好。

表6 SUS301L-MT 不銹鋼晶間腐蝕形貌