奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性的研究

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摘要：本文通过对三种奥氏体不锈钢，304L，304，310在相同条件下用不同热处理工艺进行处理，将处理后的试样在硫酸-硫酸铜+铜屑沸腾腐蚀液中进行加热腐蚀，利用光镜和SEM观察三种钢耐晶间腐蚀情况；对腐蚀结果进行比较，得出结论。

关键词：晶间腐蚀 固溶处理 敏化处理

1、论述

不锈钢从20世纪初发明至今不足百年，但其发展势头却异常迅猛，特别是在二次世界大战后，全球不锈钢的产量每年都在稳步提升。不锈钢的应用范围也逐步扩大到国民经济的各个领域。不锈钢之所有如此广泛应用，并持续快速发展，重要的因素是其优异的耐蚀性和耐热性。另外，其优异的力学性能和工艺性能，也是重要因素。为了满足现代工业、农业发展需要，大约已研制出上百种不锈钢。炉外精炼技术的发展进步，使不锈钢正在向高纯、超纯方向发展，并且已实现工业化生产。而各类不锈钢中，奥氏体不锈钢是其中的佼佼者，它以较好的耐蚀性，冷加工成型性、可焊性等优点，被广泛运用，其约占不锈钢总产量的60%，研究这类钢的耐蚀性有重要的现实意义。

2、实验目的

（1）、通过实验研究比较304L和304奥氏体不锈钢之间的抗晶间腐蚀性。

（2）、通过实验看能否发现310奥氏体不锈钢存在晶间腐蚀现象。

2、实验材料

3、实验设备

箱式热处理炉，光学显微镜，扫描电子显微镜，直通式光谱分析仪等。

4、实验方法及过程

4.1 固溶处理

（1）工艺：加热温度，T=1050±10?C；保温时间，t=150min；冷却方式，常温水冷却；

（2）目的：将不锈钢加热到单一奥氏体区，得到成分均匀的单一奥氏体，快冷，使高温成分均匀过饱和固溶体组织保持到室温，此时钢具有最高的耐蚀性。

4.2敏化处理

（1）工艺：加热温度，T=650±10?C；保温时间，t=16h；冷却方式，空冷；

（2）目的：奥氏体不锈钢450-850?C进行长时间保温停留，将在晶界处充分析出Cr23C6等碳化物或σ相，从而造成晶界周围出现贫Cr区，或让S、P、Si等杂质元素在晶界出偏聚，为后续硫酸-硫酸铜+铜屑晶间腐蚀实验创造条件，以便晶界发生腐蚀。

4.3 硫酸-硫酸铜+铜屑晶间腐蚀实验

该实验是检验奥氏体不锈钢晶间腐蚀的ASTM标准方法；实验中CuSO4为钝化剂，H2SO4为腐蚀剂；与其它实验方法相比，该实验条件不是太苛刻；对于经固溶处理和敏化处理后材料晶间腐蚀敏感性相差十分明显，短时间就能获得结果；为了加速实验进行，需加Cu屑，它虽比不加铜屑的酸性硫酸铜溶液实验条件更为苛刻，但实验灵敏度高，并可缩短了实验时间；由于该实验方法能够迅速检测晶间腐蚀的敏感性，实验条件稳定而且易于控制。

4.3.1 实验溶液的配制

先将配液用的烧杯，量桶，玻璃棒等仪器用蒸馏水洗净，吹干，再用托盘天平称100g分析纯硫酸酮，将其倒入装有700ml蒸馏水的烧杯中，用玻璃棒轻轻搅拌均匀，再用量桶量取100ml优级纯硫酸，将其加入已配好的溶液中，边加边用玻璃棒轻轻搅拌，然后再用蒸馏水稀释至1000ml，将溶液静置，用保鲜膜将口封上待用。

4.3.2 实验步骤

（1）、将制备好的试样和铜屑放入盛有丙酮的小烧杯中长时间浸泡待用。

（2）、在已洗净的1000ml的烧杯底部放入一层经丙酮清洗过的铜屑，再将丙酮液中的试样取出用酒精清洗吹干放入烧杯中，试样要用铜屑隔开不能接触，将配好的硫酸-硫酸铜溶液倒入烧杯中，倒入的酸性硫酸铜溶液液面高于试样20mm即可，用保鲜膜封住烧杯口，在保鲜膜上扎上小孔，以减小烧杯内压。

（3）、将烧杯放在有石棉网的电炉子上长时间加热，腐蚀液沸腾时间为21h；

5、试验结果分析

图1中a、b、c分别为304L、304、310原始组织王水腐蚀后的金相照片，d为310钢敏化处理王水腐蚀后的金相照片，可以看出，304不锈钢的晶粒度明显比304L和310不锈钢的要小，并且在用王水腐蚀时，在相同件下，304、310不锈钢的要比304L的腐蚀时间要长，还发现，经敏化处理后310不锈钢经王水腐蚀后要比未经敏化处理的耐蚀性要差，这是敏化处理使铬的碳化物沿晶界析出，使晶界的能量升高，同时，碳化物的存在提高了晶界处电极电位，从而容易发生腐蚀。

图2中a、b、c分别为304L、304、310三种钢经固溶处理，进行酸性硫酸铜晶间腐蚀实验腐蚀后直接观察得到的金相照片，可以看出，经过固溶处理后，三种奥氏体不锈钢都不会发生晶间腐蚀；但是不是经过固溶处理后三种钢就不会再发生晶间腐蚀呢？不是，因为实验时经过固溶处理后就马上转入晶间腐蚀实验，碳化物没有机会在晶界处析出，从而导致晶界周围不会出现贫铬现象，所以，不会发生腐蚀；而在生产实践中，材料是要在某一温度下进行长时间使用，由于经过固溶处理后，基体中的碳都处于过饱和状态，在使用过程中，只要材料在450-850?C使用或停留，碳原子会以铬的碳化物的形式在晶界处析出，而造成晶界周围贫铬导致晶间腐蚀发生。图d是310经敏化处理晶间腐蚀试验后在光镜下的照片，可以看出，310奥氏体不锈钢在此次试验条件下，不会发生晶间腐蚀现象。这是因310不锈钢有很高的Cr含量，即使敏化处理在晶界处析出Cr23C6等碳化物也不会出现贫Cr区而发生发生晶间腐蚀，310不锈钢高含铬量使得晶界周围即使铬的碳化物析出产生贫铬区，也不会使得铬含量降低到11.7%以下，而产生晶间腐蚀。图中麻点和划痕本来在进行晶间腐蚀试验是会被腐蚀溶解掉，但是，在试样制备时，由于划痕太深，而未被腐蚀溶解掉。

图3 304L和304钢敏化处理后晶间腐蚀试样

图3，a和b分别是304L与304经敏化处理后进行晶间腐蚀试验所得的光镜照片， 304晶间腐蚀最为严重，304L抗晶间腐蚀性要好于304不锈钢，这是由它们含碳量的高低不同所致。304L碳含量为0.03%要比304的0.05%小，所以在晶界处产生碳化物的颗粒小，数量少，贫铬区窄，所以晶间腐蚀倾向小。

通过SEM观察发现更进一步说明304和304L不锈钢经敏化处理后均发生了晶间腐蚀，只是腐蚀程度不同，304不锈钢发生晶间腐蚀要比304L严重。既然304L也发生了晶间腐蚀，那么，有人关于奥氏体不锈钢当碳含量≤0.03%时不会发生晶间腐蚀的说法就有待商榷。

6、结论

（1）、在此试验条件下，310不发生晶间腐蚀。

（2）、304L的抗晶间腐蚀性要比304好。

（3）、奥氏体不锈钢敏化温度上限并非是850?C，在870?C也可出现敏化现象。

（4）、奥氏体不锈钢不发生晶间腐蚀的碳含量上限不是0.03%，而是比0.03%更低。

参考文献：

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[3] 张永清.不锈钢硫酸-硫酸铜晶间腐蚀方法合理性的探讨.福建化工，2/2002，30-34

[4] 吴剑.不锈钢的腐蚀破坏与防蚀技术-（三）晶间腐蚀.腐蚀与防护.3/1997，41-44