410S不銹鋼表面麻點缺陷成因分析及改進

麻志偉，靳塞特

（酒泉鋼鐵集團股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

0 引言

經分析質量異議樣板表面的麻點缺陷是點蝕造成的，點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。不銹鋼表面點蝕是在特定的腐蝕介質中發(fā)生的[1-3]，通常發(fā)生在含有鹵素陰離子的溶液中，其中以氯化物、溴化物侵蝕性最強，是不銹鋼常見的局部腐蝕之一。點蝕經常發(fā)生在不銹鋼表面的鈍化膜上，而不銹鋼的耐蝕性主要決定于保護性的鈍化膜[4-6]。雖然點蝕范圍比較小，但只要發(fā)生其腐蝕速率很快，嚴重時可造成設備穿孔。標準里面的410S 屬于低Cr 的馬氏體不銹鋼，Cr 元素含量在12%左右，不過考慮到此鋼種在金屬制品行業(yè)的使用，酒鋼公司冶煉過程中采用了低C 元素含量控制（[C]≤0.030%），使其變?yōu)榱髓F素體不銹鋼。

針對客戶反饋酒鋼生產的410S 不銹鋼材料偶爾會出現表面“麻點”缺陷的問題，本文從點腐蝕的機理及影響因素，質量異議樣品分析，實驗室模擬實驗等幾個方面研究了酒鋼410S 不銹鋼材料表面“麻點”缺陷的產生原因，并給客戶提出改進建議。

1 不銹鋼點蝕的機理及影響因素

不銹鋼點蝕的理論主要兩種：一是鈍化膜吸附理論，認為點蝕的萌生是氧和鹵素陰離子競爭吸附的結果；二是鈍化膜的成相膜理論，認為點蝕是由于膜的某種形式的破壞所致。兩者不是孤立的而是相互關聯的，但是鈍化膜吸附理論的認可度較高。

不銹鋼鈍化膜在化學上或者物理上都是不均勻的，致使鈍化膜存在各種不完整性。當介質中含有某些活性陰離子(如Cl-)時，其被吸附在表面的某些點上，從而使不銹鋼表面鈍化膜發(fā)生破壞，進而形成點蝕孔[7-9]。產生點蝕有兩個重要條件，一是金屬在介質中必須達到某一臨界電位，二是侵蝕性的鹵化物陰離子達到某一濃度。各種點腐蝕孔的剖面形貌如圖1所示。

圖1 各種點腐蝕孔的剖面形貌

表1為Cr 元素含量對Fe-Cr 合金點蝕臨界Cl-濃度的影響。由表1可以看出，410S的臨界Cl-濃度大概在0.069mol/L 左右。在腐蝕介質中，金屬陽離子與侵蝕性鹵化物陰離子共存時，氧化性金屬離子，如Fe3+、Cu2+和Hg2+對點蝕可以起到促進作用。

表1 Cr元素含量對Fe-Cr合金點蝕臨界Cl-濃度的影響（2mol/L H2SO4中）

2 410S不銹鋼麻點質量異議初步分析

圖2為客戶提供的410S 不銹鋼質量異議樣板和其金屬制品表面的麻點缺陷形貌。由圖2可以看出，缺陷屬典型的不銹鋼點蝕形貌。此問題的產生原因有兩個方面：原材料質量問題或者酸洗不當。

圖2 410S不銹鋼質量異議樣板及其金屬制品表面的麻點缺陷形貌

考慮到酒鋼410S 的煉鋼和熱軋工藝一直比較穩(wěn)定，且APH 生產410S 不銹鋼No.1 板未有點腐蝕出現，通過售后了解到客戶酸洗工藝采用鹽酸+硝酸+氫氟酸或者鹽酸+硫酸+硝酸，鹽酸含有Cl-，如果其濃度控制不當很有可能發(fā)生酸洗過程中的點腐蝕。

410S 經過熱軋以后頭尾和邊部可能會有一定量的馬氏體存在，這也就不難理解客戶酸洗的410S點蝕主要發(fā)生在頭尾和邊部。還有客戶反饋，有時候點腐蝕是單面發(fā)生的，這是由于在酸洗過程中，上下表面的腐蝕狀態(tài)不同，上表面相對于下表面來說，更易發(fā)生點腐蝕。

3 410S麻點質量異議樣品分析

3.1 化學成分和金相組織分析

如果410S 不銹鋼原料里面含有較多的C、S、P等雜質元素及其化合物，那么將會在較低Cl-濃度下產生點蝕。表2為410S 不銹鋼發(fā)生點蝕板材的化學成分。由表2可以看出酒鋼生產的410S 不銹鋼成分上雜質含量遠低于JIS（日標）標準規(guī)定，屬合格產品。

表2 410S不銹鋼發(fā)生點蝕板材的化學成分%

圖3為點蝕板正常部位和點蝕孔的金相照片，表3為410S不銹鋼發(fā)生點蝕板材的晶粒度、夾雜物和組織。由圖3可以看出，金相組織主要為鐵素體，碳化物分布均勻，而且點蝕孔區(qū)域金相組織也沒有異常，麻點缺陷屬于典型的皮下形點蝕坑，與圖1所示的d 點蝕坑形貌類似。另外由表3可以看出，410S不銹鋼發(fā)生點蝕板材沒有大的夾雜物。

圖3 點蝕板正常部位和點蝕孔的金相照片

表3 410S不銹鋼發(fā)生點蝕板材的晶粒度、夾雜物和組織

綜上考慮，可以排除是原料質量問題導致的表面點腐蝕缺陷。

3.2 點蝕坑尺寸

對質量異議樣品的表面點腐蝕坑進行觀察，從表面點蝕坑的形貌可以看出，絕大多數的點蝕坑沿軋制方向均有拉長的現象，圖4為點蝕坑尺寸照片。進一步測量表面的點蝕坑尺寸以后可以發(fā)現，拉長量（改軋后的“長度-寬度/寬度”）在70%左右，客戶是實際壓下來在60%左右，與軋制的壓下量比略大，主要原因可能是由于軋制時點蝕坑附近的應力集中使點蝕坑較板面拉長較大引起的。

圖4 點蝕坑尺寸照片

4 410S不銹鋼實驗室酸洗模擬實驗

4.1 實驗板材的化學成分、金相組織

表4為410S 不銹鋼試驗板材的化學成分，表5為410S 不銹鋼試驗板材的晶粒度、夾雜物和組織，圖5為410S 不銹鋼試驗板材的金相組織。由表4、表5和圖5可以看出，模擬酸洗實驗板材的化學成分正常、夾雜物含量低、組織為均勻的鐵素體組織，整體質量情況與異議樣板接近，采用其進行酸洗模擬實驗具有參考意義。

表4 410S不銹鋼試驗板材的化學成分%

表5 410S不銹鋼試驗板材的晶粒度、夾雜物和組織

圖5 410S不銹鋼試驗板材的金相組織

4.2 實驗室模擬酸洗浸泡實驗

對于客戶的酸洗液具體成分及濃度不清楚，考慮到只要Cl-濃度（11.6Cr的Fe-Cr合金Cl-臨界濃度是0.069mol/L）達到較高濃度并且在Fe3+的共同作用下，410S不銹鋼將會在較短時間內產生點蝕。據此制定了實驗方案，具體實驗酸洗液成分和Cl-濃度如表6所示。樣品浸泡實驗時間為30min。

表6 實驗酸洗液成分和Cl-濃度

圖6為實驗液1、2 樣品點蝕的宏觀形貌。由圖6可以看出，410S 不銹鋼在含有氯離子的酸洗液中腐蝕產生了很多點蝕孔，且隨著氯離子濃度增加點蝕增多加深，在高氯離子濃度下隨著時間延長腐蝕加重，甚至410S不銹鋼基體都產生了嚴重的腐蝕。

圖6 實驗液1、2樣品點蝕的宏觀形貌

圖7為實驗液1 樣品不同部位的腐蝕宏觀形貌（60min）。由圖7可以看出：在酸液腐蝕區(qū)點蝕明顯；在腐蝕過程中酸泡區(qū)腐蝕較輕，但有點蝕出現；在酸霧腐蝕區(qū)僅僅是氧化鐵皮發(fā)生腐蝕。這也正說明點蝕是酸液里面Fe3+和Cl-共同作用的結果。

圖7 實驗液1樣品不同部位的腐蝕宏觀形貌（60min）

圖8為實驗液3 點蝕宏觀形貌。由圖8可以看出，在不含Cl-的酸液里面酸洗，表面酸洗效果較好，410S 不銹鋼基體上沒有出現點蝕孔，說明一定濃度Cl-的存在是客戶410S不銹鋼形成點蝕孔的真正原因。

圖8 實驗液3點蝕宏觀形貌

由于實驗室的酸洗與客戶酸洗工藝有很大的差別，并沒有產生完全相同的點蝕形貌，不過相似的點蝕孔足以說明客戶410S不銹鋼點蝕的成因。

4.3 實驗板材的點蝕坑觀察

圖9為實驗板材點蝕孔斷面金相組織，由圖9可以看出，實驗板材點蝕孔附近沒有異常組織。對比質量異議樣板的點蝕坑金相組織可以看出，實驗板材的點蝕坑形成原因與質量異議樣板的點蝕坑形成原因應該相同，即不是材料本身的質量問題，而是酸洗液里面含有過多的Cl-導致。

圖9 實驗板材點蝕孔斷面金相組織

5 建議及客戶改進情況

建議客戶盡量不要用鹽酸酸洗，如果客戶考慮到經濟性和其酸洗工藝的限制一定要用鹽酸，那么建議客戶嚴格控制酸洗里面Cl-的濃度（考慮到幾種酸混合的特殊性，Cl-的濃度遠小于0.069mol/L 較為合適）。

客戶采納了酒鋼的建議，考慮到Cl-濃度的控制難度，停止了鹽酸溶液的使用，410S 不銹鋼的表面質量得到明顯改善，再未發(fā)生表面點腐蝕的質量問題。

6 結語

針對客戶反饋的410S 不銹鋼表面“麻點”缺陷問題，酒鋼公司組織了對410S 不銹鋼缺陷樣板的分析和研究，最終確定了410S 不銹鋼材料表面“麻點”缺陷產生的原因。

（1）經觀察分析，客戶提供的410S 不銹鋼質量異議樣板和其金屬制品表面的麻點缺陷屬于典型的不銹鋼點蝕形貌。通過檢測異議樣板的化學成分和金相組織，以及410S 不銹鋼板材實驗室的模擬實驗，最終確定麻點缺陷的產生是由于客戶酸洗溶液里面含有較多的Cl-所致。

（2）客戶采用了酒鋼的建議，410S 不銹鋼板材酸洗停止了鹽酸溶液的使用，其酸洗板的表面質量得到明顯改善，再未發(fā)生點蝕的質量問題。