304+Q235B不銹鋼復合板晶間腐蝕研究

孫京波

1 前言

不銹鋼/碳鋼復合板是以不銹鋼為復層和碳鋼為基層，通過特定的方式復合而成的，其兼具兩種材料的綜合性能，如不銹鋼的耐腐蝕、外觀豪華和碳鋼的剛度高、成本低等特點，因而被廣泛用于冶金和石油化工等領域［1-3］。對稱組坯方式是指在制坯時，將碳鋼和不銹鋼按照一定次序進行放置，放置順序從上到下為：碳鋼-不銹鋼-不銹鋼-碳鋼。組坯完成后將坯料四周完全封焊，然后對坯料腔體進行抽真空處理。熱軋法生產不銹鋼復合板，就是在真空環境下通過高溫、高壓實現的兩種不同金屬的冶金結合。此方法生產不銹鋼復合板，在鋼板冷卻過程中，由于不銹鋼在鋼板的心部，不銹鋼的冷卻速度較鋼板表面冷卻速度慢。當鋼板中間不銹鋼的冷卻溫度和速度達到不銹鋼晶間腐蝕區間時，心部的不銹鋼就會發生晶間腐蝕，從而大大降低不銹鋼復合板的耐腐蝕性。本研究對304不銹鋼晶間腐蝕的影響因素進行分析，對組坯熱軋兩種方式冷卻的復合板取樣檢測晶間腐蝕情況，以期對生產提供指導。

2 304不銹鋼晶間腐蝕影響因素分析

1）溫度。當鋼板溫度＜450℃或＞850℃時，304不銹鋼不會產生晶間腐蝕。因為溫度＜450℃時，鋼中不會生成Cr23C6；當溫度＞850℃時，由于擴散能力增強，有足夠的Cr擴散至晶界和C結合，不會在晶界形成“貧Cr區”。所以，產生晶間腐蝕的溫度是在450～850℃，該溫度區間就成為產生晶間腐蝕的“危險溫度區”（又稱“敏化溫度區”）［4］。

2）含C量。C是不銹鋼敏化的關鍵性元素，對晶間腐蝕有重大影響。C含量＜0.08%時［5］，C析出量較少；C含量＞0.08%時，則C析出量迅速增加。隨著不銹鋼中C含量的增加，在晶界生成的Cr23C6數量隨之增多，導致晶界形成“貧Cr區”的機會增多，產生晶間腐蝕的傾向增大，使不銹鋼的腐蝕速度增大。可見C是影響晶間腐蝕最主要的元素。

3 試驗材料和方法

本研究使用的材料基板和復板分別為工業用Q235B碳鋼和304不銹鋼，其化學成分見表1。兩種材料通過對稱的方式完成組坯，組成兩個完全一樣的坯料。抽真空后軋制成厚度32 mm的兩張鋼板。軋制完成后其中一張鋼板自然冷卻，編號為1#；另外一張鋼板通過ACC水冷至650℃，冷卻速度為6℃/s，然后進行空冷，編號為2#。分板后得到兩張16 mm的不銹鋼復合板。兩張鋼板的軋制參數相同，終軋溫度均為900℃。

表1 原材料化學成分（質量分數）%

1#鋼板由850℃自然冷卻至450℃，現場實測用時3 500 s；2#鋼板由850℃通過ACC冷卻至650℃然后自然冷卻至450℃，用時500 s。參照18-8鋼的晶間腐蝕敏感溫度—時間曲線［6］（見圖1），1#、2#鋼板在實際生產中均是連續降溫，只要鋼板的連續降溫曲線和圖1對應的晶間腐蝕區域沒有相交，就可以初步判斷不銹鋼復合板表面未產生晶間腐蝕；反之，可以說明不銹鋼復合板表面產生了一定的晶間腐蝕。相交的區域越大，表明晶間腐蝕越嚴重。

從2#鋼板的冷卻溫度和時間來看，2#鋼板冷卻速度較快，可以明顯看出2#鋼板的冷卻曲線未與圖1中的晶間腐蝕區域相交，可以排除2#鋼板表面不銹鋼發生晶間腐蝕。1#鋼板冷卻速度較慢，通過比較圖1中相對應的晶間腐蝕區域，不能判斷1#鋼板表面不銹鋼是否產生了晶間腐蝕。

圖1 18-8鋼晶間腐蝕敏感溫度—時間曲線

4 取樣檢測結果及分析

為了驗證2#鋼板表面不銹鋼未發生晶間腐蝕，檢測1#鋼板表面不銹鋼是否發生了晶間腐蝕，從兩張復合板的不銹鋼面上分別取樣，1#鋼板取樣編號為試樣1；2#鋼板取樣編號為試樣2。

按照GB/T 4334—2008標準中的方法E，不銹鋼硫酸—硫酸銅試驗方法要求，配制成硫酸—硫酸銅溶液。兩試樣侵蝕后，用流水清洗干凈，干燥，在金相顯微鏡下觀察兩試樣表面的侵蝕情況，對照GB/T 4334—2008標準判定組織類別，判斷兩個試樣是否有晶間腐蝕。試樣的金相組織如圖2所示。

圖2 鋼板試樣的金相組織

由圖2可以看出，試樣2組織呈現為正常階梯組織，在試樣2的金相組織中未發現有晶間腐蝕的傾向（見圖2b）。驗證了2#鋼板的連續冷卻曲線和圖1的晶間腐蝕區域沒有相交。試樣1金相組織晶界處發黑，已經產生了晶間腐蝕，有明顯的腐蝕溝（見圖2a）。所以從金相上來看，1#鋼板的冷卻曲線和圖1中的晶間腐蝕區域發生了相交，1#鋼板表面不銹鋼發生了晶間腐蝕。

由于2#鋼板軋后冷卻速度快，奧氏體晶粒中的過飽和C沒有足夠的時間移動至晶界，在晶界處就沒有足夠多的Cr23C6，所以2#鋼板沒有晶間腐蝕傾向。1#鋼板是軋后自然冷卻，現場測量的1#鋼板由850℃自然冷卻至450℃用時3 500 s，其實測量的是軋后鋼板表面的溫度。但是軋后鋼板厚度32 mm，不銹鋼在鋼板的心部，所以心部不銹鋼由850℃冷卻至450℃所用時間要遠遠大于這個時間。鋼板心部不銹鋼的冷卻速度其實是小于這個冷卻速度的。

不銹鋼發生晶間腐蝕，是因為不銹鋼在發生晶間腐蝕的敏感溫度下保溫一定的時間時產生的。在晶間腐蝕敏感溫度下，過飽和奧氏體晶粒中的C如果有足夠的時間移動至晶界處，就會在晶界處生成Cr23C6，造成晶界附近的Cr成分貧乏，造成晶界區和晶粒本體有了明顯的差異［4］。這種明顯的差異表現為晶界附近的Cr含量降低至12%以下，從而大大降低了不銹鋼的耐腐蝕性。

5 結論

5.1 當對稱軋制厚度為32 mm不銹鋼復合板時，自然冷卻條件下可導致不銹鋼復合板表面不銹鋼發生晶間腐蝕傾向。

5.2 當對稱軋制厚度為32 mm不銹鋼復合板時，如果采用ACC水冷，且冷卻速度≮6℃/s時，不銹鋼復合板表面不銹鋼未發生晶間腐蝕傾向。

5.3 18-8不銹鋼的晶間腐蝕敏感溫度—時間曲線，只能作為實際生產中判定不銹鋼復合板是否發生晶間腐蝕的參考，不能精確判定不銹鋼復合板是否發生了晶間腐蝕。

［1］ 王立新，李國平.爆破不銹鋼復合板界面組織和性能分析及應用［J］.鋼鐵，2005，40（11）：71-74.

［2］ 謝廣明，駱宗安，王光磊，等.真空軋制不銹鋼復合板的組織和性能［J］.東北大學報：自然科學版，2011，32（10）：1 398-1 401.

［3］ Pan SC,Huang M N,Tzou G Y.Analysis of asymmetrical cold and hot bond rolling of unbounded clad sheet under constant shear friction［J］.Journal of Materials Processing Technology，2006，177：114-120.

［4］ 張述林，李敏嬌，王曉波，等.18-8奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕［J］.中國腐蝕與防護學報，2007，27（2）：124-128.

［5］Clarke W L,Romero V M,Danko JC.Detection of sensitization in stainless steel using electrochemical techniques［J］.Genome Biology，1976，15（12）：1-13.

［6］ 黃一桓.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕機理及預防措施［J］.中國科技信息，2006（16）：88-90