加熱對SUS301L 不銹鋼耐腐蝕性能的影響

2021-05-17 08:20:04呂雙

一重技術 2021年1期

呂雙

奧氏體不銹鋼自1913 年在德國問世后, 就以其全面、良好的綜合性能被廣泛應用于原子能工業、鐵道車輛、造船工業、食品設備等。國內外的許多學者對其性能及耐蝕性等方面已有諸多研究。 SUS301L 奧氏體鋼已經成為制造不銹鋼車體的主要材料,而國產奧氏體不銹鋼冷軋板材通過焊后熱調修控制焊接變形時易產生軟化效應[1,2]。同時，加熱溫度在450～850 ℃范圍時，存在晶間腐蝕傾向[3,4]。為此，本文對不同溫度下熱處理后的SUS301L 不銹鋼試樣進行晶間腐蝕試驗，以評估熱調修工藝對SUS301L 不銹鋼和耐蝕性能的影響。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

本文試驗材料選自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 試驗方法

（1）晶間腐蝕試驗

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

表1 SUS301L 奧氏體不銹鋼板材（wt.%）

表2 銹鋼板材力學性能

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

（2）晶間腐蝕試驗步驟

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，放大倍數為200～500 倍，然后判斷組織類別。

表3 晶界形態的分類

2 試驗結果與討論

2.1 加熱溫度對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，經過晶間腐蝕試驗后，晶界無腐蝕溝，晶粒間呈臺階狀，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，經過晶間腐蝕試驗后，晶界無腐蝕溝，晶粒間呈臺階狀，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，經過晶間腐蝕，晶界無腐蝕溝，晶粒間呈臺階狀，屬于階梯組織。

2.2 結果分析

通過草酸陽極腐蝕試驗了解奧氏體不銹鋼在特定介質中的耐蝕性，可以用于改善熱處理工藝及焊接工藝。產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95%，由此確定沿著晶界會產生一個貧鉻區。當貧化區的鉻含量降低至鈍化所需極限含量以下時，貧化區的晶界將會轉化為陽極，在腐蝕介質的作用下，將會發生晶界腐蝕。

通過本文比較SUS301L 不銹鋼的晶界組織形態，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 只會與少量的鉻反應，生成碳化鉻，貧鉻效應較小。因此， SUS301L 的晶間腐蝕現象很弱。

經過貧鉻理論分析后，只要在制定焊接工藝中減少熔敷金屬中碳的來源就可以有效防止晶粒邊界產生貧鉻區，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的產生，如：對奧氏體不銹鋼進行固溶處理，可以使焊接時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 結語

通過本文的實驗可知，在450～850 ℃加熱時SUS301L 不銹鋼存在晶間腐蝕傾向，但是晶界沒有腐蝕溝，晶粒間呈臺階狀，屬于階梯組織。由此可知， SUS301L 的晶間腐蝕現象很弱，耐腐蝕性能較好。

表6 SUS301L-MT 不銹鋼晶間腐蝕形貌