奥氏体不锈钢焊接钢管呈现磁性及点腐蚀现象的分析
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【摘要】奥氏体不锈钢钢带经冷卷制、焊接、热处理、酸洗钝化等工序加工制造，钢管成型后，部分奥氏体组织因冷形变转化为马氏体，与材料中残留的部分铁素体组织共同导致钢管呈现磁性，由于不休钢各元素的匹配，材料中铁素体超标及不锈钢在酸性钝化的处理不到位，都能导致钢管表面产生点蚀现象。
【关键词】奥氏体不锈钢 焊接钢管 热处理 磁性 点蚀
因使用介质、工况、工艺条件等原因，国内大多化工和化肥行业中的设备装置及管道常常采用具有较好耐腐蚀性能的非铁性奥氏体不锈钢材料，来加工制造。我公司在24.40工程期间，采购了一批不锈钢焊接钢管，规格为￠219×6，材质均为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢。钢管经冷卷制、焊接、热处理等工序加工制造。交货后，我方在对本批钢管检验时，发现钢管表面呈现磁性，而且表面有点蚀现象。我方认为钢管原材料（钢板）化学成分及耐腐蚀性能可能存在问题，材料不合格；然而通过查看对方购买的钢板质量证明文件，对原材料进行复验、对加工制造工艺调查，均未发现问题。最后通过分析，认为钢管呈现磁性及点蚀是由于钢管在冷加工及热处理时引起的，即加工制造过程中奥氏体不锈钢产生形变较大或热处理过程中冷却速度较快而引发组织相变，或是奥氏体不锈钢材料与铁磁性材料接触后产生渗碳引起材料中铁素体增加而造成。
1 磁性相关因素的影响
在不锈钢只有马氏体不锈钢具有强磁性，奥氏体不锈钢在固溶过程中，可能有奥氏体组织转变为部分马氏体，此时奥氏体不锈钢就会产生磁性。通常，奥氏体不锈钢在热处理过程中，冷却速度过快时也比较容易产生马氏体。奥氏体不锈钢材料在其他情况下也可能产生马氏体，如：加工过程中有较大的形变，与碳素钢材料紧密贴合接触时间较长或者与之受压接触。1.1 奥氏体中元素的影响
奥氏体的稳定性由其成分中的各相关化学元素含量决定：
（1）Ni元素能够决定奥氏体不锈钢的稳定性，使钢在问世时保持奥氏体组织，但不能单独使用，只有其与Cr元素配合使用，才能提高奥氏体的抗腐蚀性能；
（2）Cr 铬是决定不锈钢耐酸性能的主要元素，其能与钢中的碳元素形成铬的碳化物，因此奥氏体不锈钢在耐酸腐蚀方面Cr的含量一般不得低于13%；
（3）Mo元素，可以增加不锈钢的钝化作用和耐腐蚀性能，防止点蚀现象的产生；
（4）Ti、Nb都是强碳化合物形成元素，加入奥氏体不锈钢中可以与碳形成稳定的碳化物，以提高奥氏体的抗晶间腐蚀能力。
1.2 热处理、Ni及铁素体含量的影响：1.2.1？Ni含量产生的影响
奥氏体材料，在常温下经过较大形变后，由于组织中的晶粒产生变形，有部分奥氏体转变为马氏体。所以对成型后的奥氏体不锈钢材料，对Ni的最低当量含量进行计算来判断其奥氏体的稳定性，下面就以0Cr18Ni9奥氏体不锈钢为例（见表1所示）：
可用公式：
则Δ=8.3% - 11.4% = -3.1%。即Δ
钢管在焊接成型后，要对其进行热处理，即将钢管加热到1010℃～1150℃，经过保温，使不锈钢钢的组织全部转换为奥氏体组织。此时如若冷却速度大于不锈钢临界冷却速度，将有部分奥氏体组织转变为马氏体组织。
1.2.3？铁素体含量超标的影响：
由铁碳合金状态图可知，碳溶于γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，碳溶于α-Fe中形成的固溶体称为铁素体。因此奥氏体不锈钢组织在开始凝固时，其组织中可解析出α-Fe晶粒，与周围的其它组织共同作用才可产生γ-Fe晶粒组织。因此α-Fe在向γ-Fe转变的过程中，由于各元素间的相互组合，致使部分碳元素溶于α-Fe中，从而在奥氏体不休钢组织中产生了部分铁素体，甚至在冶炼时由于各种元素的匹配及杂质控制不到位，而导致奥氏体组织中铁素体含量超标。
在我们的使用过程中，至少碰到过3次国产304/321/316钢管和法兰铁素体超标问题。表现为产品对磁铁有吸引现象。
对于300系列奥氏体不锈钢产品，铁素体含量较高时，不仅降低材料的耐腐蚀性能，还会降低材料的韧性。而更可怕的是，当产品用于高温环境时，材料有产生σ等脆性相的危险。材料一旦发生严重的脆性相，可能会带来灾难性后果。铁素体含量过高的问题多数是由热处理不当引起的，也有化学成分控制不当引起的。此类问题的多次发生，实际上反映了某些工厂在工业化生产中质量控制不到位的现状。2 酸性钝化的影响
众所周知不锈钢进行酸洗钝化处理，是为了在不锈钢表面形成一种保护薄膜，来防止或者延缓不锈钢被腐蚀的速度。由于酸洗钝化处理的不好，使得钢管表面明显的呈现不同的颜色，其中一部分呈过渡酸洗状态，就会造成钢管表面出现点蚀现象。就不锈钢的酸洗钝化来说，酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间的长短都会影响到酸洗结果。因而钢管表面就会发生点蚀现象，为防止产生此种腐蚀现象，钢管生产厂家如可通过型式试验，并最终确定酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间等参数，并要求工人在操作时严格执行，上述问题就不会发生了。
3 结束语
奥氏体不锈钢焊接钢管由于塑性加工而形成部分马氏体组织，或者由于其化学成分各元素的匹配问题，致使奥氏体不锈钢内部残留铁素体，奥氏体不锈钢材料与铁磁性材料接触后产生渗碳引起材料中铁素体增加而造成，这时钢管表面就会呈现一定的磁性。不锈钢材料在酸性钝化处理过程中，由于酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间等因素的影响，造成酸性钝化处理不到位，进而造成钢管表面出现点蚀现象。
在我们的使用过程中，不单单只是奥氏体不锈钢焊接钢管呈现磁性及点蚀现象，其它的奥氏体不锈钢板材、法兰、管件等都出现过类似的现象。对于使用环境及非磁性要求较为严格的装置、设备，可通过热处理方法固溶处理，重新细化奥氏体组织晶粒，将残留的部分马氏体组织转变为奥氏体组织。通过提高各元素间的匹配及杂质的控制，来减少或者消除铁素体组织。通过型式试验，确定酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间等参数，来提高奥氏体不锈钢的抗腐蚀能力。
参考文献
[1] 不锈钢、耐热钢成分含量标准. 中国国家标准化管理委员会，2007
[2] 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查手册.北京：中国科技文化出版社，2005
[3] 中国机械工程学会无损检测会刊，中国机械工程学会上海材料研究所主办。