集束拉拔法对不锈钢纤维耐蚀性能的影响

江伟强++王振++占承敏++王艳慧++蔡苗

摘 要：以316L不锈钢纤维为研究对象，分析不锈钢纤维集束拉拔法生产过程对其耐蚀性能的影响。

关键词：集束拉拔法 不锈钢纤维 耐蚀性能

中图分类号：TB302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0079-02

1 不锈钢纤维生产工艺简析

不锈钢纤维的制造方法主要有熔融纺丝法，切削法，单丝拉拔法，集束拉拔法。

熔融纺丝法是较早开发的金属纤维制造方法，目前主要包括坩埚熔融抽丝法、悬滴熔融抽拉法和熔融纺丝法。熔融纺丝法的基本原理是将金属加热到熔融状态，再通过一定的装置将熔融金属液体喷射或甩出后冷却而形成金属纤维。

切削法是制造金属纤维的常用方法之一，用该种方法制造的金属纤维产品种类齐全，适用面较广。切削法既可制取长纤维也可制取短纤维，生产设备简单，成本较低，适用于加工不锈钢、低碳钢、铸铁、铜、铝及其合金等不同材质的金属。切削法与熔融纺丝法虽然都具有生产成本低的特点，但用这两种制造方法制备的不锈钢纤维不连续且截面不均匀，在一些要求较高的场合不能满足服役条件。

单丝拉拔法是制造金属线材的通用方法，其原理就是使金属线材通过孔径逐渐递减的拉丝模孔进行多次拉伸。单丝拉拔法具有生产工艺复杂，纤维容易断裂，并且不能生产细纤维，生产成本高的特点。

集束拉拔法的主要生产过程是把多根金属线包在外包材料里，经过多级拉丝模进行连续拉拔，根据需要可以在中间设置热处理等工艺。在其拉拔和热处理过程中的任何参数变化都会使纤维的性能发生变化，从而影响纤维质量。目前，集束拉拔法主要用于生产不锈钢纤维和高温合金纤维（铁铬铝纤维）。用集束拉拔法生产的不锈钢纤维，其抗拉强度很高，可达2000 MPa，但延伸率低。并且用此种方法可生产直径10μm以下的不锈钢纤维，纤维丝直径均匀，连续性好，成本低，是目前制备不锈钢纤维的普遍采用的方法[1]。

2 集束拉拔法生产工艺过程对金属纤维耐蚀性能影响分析

2.1 表面涂铜的影响

在加工集束型不锈钢纤维[2]的过程中为了降低拉拔的次数和减小单根细丝被拉断的概率，通常是将多根用单丝拉拔法制备的不锈钢线材集成一束，外加与不锈钢有类似倾向加工硬化的包覆材料（一般采用中碳钢），再进行拉伸。在加工过程中为了防止相邻纤维之间粘着现象的发生，会把Cu等物质涂覆在在其表面，拉伸完成后再使用化学方法除去涂层物质。然而，在纤维的表面会有铜残留，关于Cu对不锈钢的腐蚀性能的影响已有不少研究，普遍认为Cu能提高不锈钢抗全面腐蚀能力，是由于沉淀Cu附在钢的腐蚀表面抑制了阳极溶解，从而达到抗腐蚀的效果[3]。

2.2 减径过程中造成纤维表面缺陷的影响

金属纤维在一定拉伸量下，晶粒沿变形方向产生变形；变形量加大，呈现纤维状；进一步加大变形量，产生形变织构。在高倍电子显微镜下可以看到纤维表面有微小突起，这是拉拔退火过程综合作用引起的成分偏聚[4]，以及拉拔过程中在其表面形成了很多微小的裂纹（图1，金属纤维表面SEM图片，表面有大量微小裂纹）。

由图2（金属纤维表面SEM图片）可以看出，在纤维的表面镶嵌有大量的颗粒。这些颗粒主要是拉拔及退火过程中，由于不锈钢纤维溶质原子在生产条件下扩散速率不同及原子间相互作用力大小不同，进而导致内部发生碳化物（碳化物主要是由Cr元素组成的Cr23C6以颗粒形式存在）的析出所产生的，在拉伸过程中随着纤维的减径在表面或近表面上呈现出来，从而在不锈钢纤维的表面形成大量的突起。

这种Cr23C6颗粒会大幅降低细纤维的物理及化学性能，它不仅使纤维芯严重不均匀，还会导致纤维沿颗粒处损坏[5]。

减径过程中带到表面的Cr23C6颗粒以镶嵌的形式与铁基连接。在铁基表面形成大量的位错，特别在铁基表面与Cr23C6颗粒接触环线，由于角度的起伏大，能量较其他部位高出很多，生产过程中自发形成的钝化膜[6]容易沿此环线破裂，从而使铁基与Cr23C6颗粒之间产生缝隙，在酸性环境中局部会形成较封闭的反应环境，自催化反应

（Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+，Fe+2H+=Fe2++H2）会进一步加剧。使原本动态修复平衡的钝化膜逐渐落后于铁基的腐蚀。整个反应一直进行到Cr23C6颗粒从铁基上掉落（图4，腐蚀后的金属纤维表面SEM图片，颗粒大量减少），形成Cr23C6颗粒掉落留下的凹坑（图2与图4对比，表面颗粒大量的减少），从而导致点蚀加剧，直至金属纤维被破坏。

同理，生产过程中表面形成的大量的微小裂纹也是诱导金属纤维表面钝化膜动态修复平衡被破坏以及引发点蚀的又一因素。

2.3 减径过程中金属纤维内部成分变化的影响

由于减径退火过程中碳化物颗粒的析出使得基体内部晶界附近的铬含量大量减少，当晶界附近的铬的质量分数低于到小于12%时，造成了相对的“贫铬区”，“贫铬区”电位下降，而晶粒本身仍维持高电位，晶粒与“贫铬区”之间存在着一定的电位差，而在腐蚀介质中晶界的溶解速度和晶粒本身溶解速度是不同的，晶界的溶解速度远大于晶粒本身的溶解速度，“贫铬区”作为阳极与晶粒构成大阴极和小阳极的微电偶电池，造成“贫铬区”选择性的局部发生腐蚀（也就是晶间腐蚀[7]），从而导致金属纤维耐蚀性能下降。

3 研究结论

（1）金属纤维在生产过程中表面产生了大量缺陷。

（2）集束拉拔过程中涂层物质中铜对金属纤维耐蚀性能起到促进作用。

（3）金属纤维集束拉拔过程中造成的缺陷加速了其表面钝化膜的破裂及点蚀的形成，导致其在酸性环境中腐蚀加剧。

（4）金属纤维减径过程中其内部形成“贫铬区”造成晶间腐蚀，从而使金属纤维耐蚀性能下降。

参考文献

[1] 刘先兰，刘楚明.不锈钢纤维的生产工艺现状分析[J].2007，1（3）：169-172.

[2] 杨强.不锈钢纤维的抗损伤性能研究[D].青岛大学.

[3] 刘继明，梁建宇.合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响[J].山西冶金，2005（4）：9-12.

[4] 张文彦.奥氏体不锈钢纤维微观结构与物性研究[D].西安建筑科技大学.

[5] 杨赵玲，李建平，等.超细不锈钢纤维的制备和性能[J].稀有金属材料与工程，2003，32（9）：748-751.

[6] 林昌健，茅禹，田昭武.电化学改性不锈钢钝化膜的耐蚀机理研究[J].中国腐蚀与防护学报，1992，12（3）：205-212.

[7] 吴玮巍，蒋益明，等.Cl离子对304、316不锈钢临界点蚀温度的影响[J].腐蚀科学与防护技术，2007，19（1）：16-19.endprint

摘 要：以316L不锈钢纤维为研究对象，分析不锈钢纤维集束拉拔法生产过程对其耐蚀性能的影响。

关键词：集束拉拔法 不锈钢纤维 耐蚀性能

中图分类号：TB302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0079-02

1 不锈钢纤维生产工艺简析

不锈钢纤维的制造方法主要有熔融纺丝法，切削法，单丝拉拔法，集束拉拔法。

熔融纺丝法是较早开发的金属纤维制造方法，目前主要包括坩埚熔融抽丝法、悬滴熔融抽拉法和熔融纺丝法。熔融纺丝法的基本原理是将金属加热到熔融状态，再通过一定的装置将熔融金属液体喷射或甩出后冷却而形成金属纤维。

切削法是制造金属纤维的常用方法之一，用该种方法制造的金属纤维产品种类齐全，适用面较广。切削法既可制取长纤维也可制取短纤维，生产设备简单，成本较低，适用于加工不锈钢、低碳钢、铸铁、铜、铝及其合金等不同材质的金属。切削法与熔融纺丝法虽然都具有生产成本低的特点，但用这两种制造方法制备的不锈钢纤维不连续且截面不均匀，在一些要求较高的场合不能满足服役条件。

单丝拉拔法是制造金属线材的通用方法，其原理就是使金属线材通过孔径逐渐递减的拉丝模孔进行多次拉伸。单丝拉拔法具有生产工艺复杂，纤维容易断裂，并且不能生产细纤维，生产成本高的特点。

集束拉拔法的主要生产过程是把多根金属线包在外包材料里，经过多级拉丝模进行连续拉拔，根据需要可以在中间设置热处理等工艺。在其拉拔和热处理过程中的任何参数变化都会使纤维的性能发生变化，从而影响纤维质量。目前，集束拉拔法主要用于生产不锈钢纤维和高温合金纤维（铁铬铝纤维）。用集束拉拔法生产的不锈钢纤维，其抗拉强度很高，可达2000 MPa，但延伸率低。并且用此种方法可生产直径10μm以下的不锈钢纤维，纤维丝直径均匀，连续性好，成本低，是目前制备不锈钢纤维的普遍采用的方法[1]。

2 集束拉拔法生产工艺过程对金属纤维耐蚀性能影响分析

2.1 表面涂铜的影响

在加工集束型不锈钢纤维[2]的过程中为了降低拉拔的次数和减小单根细丝被拉断的概率，通常是将多根用单丝拉拔法制备的不锈钢线材集成一束，外加与不锈钢有类似倾向加工硬化的包覆材料（一般采用中碳钢），再进行拉伸。在加工过程中为了防止相邻纤维之间粘着现象的发生，会把Cu等物质涂覆在在其表面，拉伸完成后再使用化学方法除去涂层物质。然而，在纤维的表面会有铜残留，关于Cu对不锈钢的腐蚀性能的影响已有不少研究，普遍认为Cu能提高不锈钢抗全面腐蚀能力，是由于沉淀Cu附在钢的腐蚀表面抑制了阳极溶解，从而达到抗腐蚀的效果[3]。

2.2 减径过程中造成纤维表面缺陷的影响

金属纤维在一定拉伸量下，晶粒沿变形方向产生变形；变形量加大，呈现纤维状；进一步加大变形量，产生形变织构。在高倍电子显微镜下可以看到纤维表面有微小突起，这是拉拔退火过程综合作用引起的成分偏聚[4]，以及拉拔过程中在其表面形成了很多微小的裂纹（图1，金属纤维表面SEM图片，表面有大量微小裂纹）。

由图2（金属纤维表面SEM图片）可以看出，在纤维的表面镶嵌有大量的颗粒。这些颗粒主要是拉拔及退火过程中，由于不锈钢纤维溶质原子在生产条件下扩散速率不同及原子间相互作用力大小不同，进而导致内部发生碳化物（碳化物主要是由Cr元素组成的Cr23C6以颗粒形式存在）的析出所产生的，在拉伸过程中随着纤维的减径在表面或近表面上呈现出来，从而在不锈钢纤维的表面形成大量的突起。

这种Cr23C6颗粒会大幅降低细纤维的物理及化学性能，它不仅使纤维芯严重不均匀，还会导致纤维沿颗粒处损坏[5]。

减径过程中带到表面的Cr23C6颗粒以镶嵌的形式与铁基连接。在铁基表面形成大量的位错，特别在铁基表面与Cr23C6颗粒接触环线，由于角度的起伏大，能量较其他部位高出很多，生产过程中自发形成的钝化膜[6]容易沿此环线破裂，从而使铁基与Cr23C6颗粒之间产生缝隙，在酸性环境中局部会形成较封闭的反应环境，自催化反应

（Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+，Fe+2H+=Fe2++H2）会进一步加剧。使原本动态修复平衡的钝化膜逐渐落后于铁基的腐蚀。整个反应一直进行到Cr23C6颗粒从铁基上掉落（图4，腐蚀后的金属纤维表面SEM图片，颗粒大量减少），形成Cr23C6颗粒掉落留下的凹坑（图2与图4对比，表面颗粒大量的减少），从而导致点蚀加剧，直至金属纤维被破坏。

同理，生产过程中表面形成的大量的微小裂纹也是诱导金属纤维表面钝化膜动态修复平衡被破坏以及引发点蚀的又一因素。

2.3 减径过程中金属纤维内部成分变化的影响

由于减径退火过程中碳化物颗粒的析出使得基体内部晶界附近的铬含量大量减少，当晶界附近的铬的质量分数低于到小于12%时，造成了相对的“贫铬区”，“贫铬区”电位下降，而晶粒本身仍维持高电位，晶粒与“贫铬区”之间存在着一定的电位差，而在腐蚀介质中晶界的溶解速度和晶粒本身溶解速度是不同的，晶界的溶解速度远大于晶粒本身的溶解速度，“贫铬区”作为阳极与晶粒构成大阴极和小阳极的微电偶电池，造成“贫铬区”选择性的局部发生腐蚀（也就是晶间腐蚀[7]），从而导致金属纤维耐蚀性能下降。

3 研究结论

（1）金属纤维在生产过程中表面产生了大量缺陷。

（2）集束拉拔过程中涂层物质中铜对金属纤维耐蚀性能起到促进作用。

（3）金属纤维集束拉拔过程中造成的缺陷加速了其表面钝化膜的破裂及点蚀的形成，导致其在酸性环境中腐蚀加剧。

（4）金属纤维减径过程中其内部形成“贫铬区”造成晶间腐蚀，从而使金属纤维耐蚀性能下降。

参考文献

[1] 刘先兰，刘楚明.不锈钢纤维的生产工艺现状分析[J].2007，1（3）：169-172.

[2] 杨强.不锈钢纤维的抗损伤性能研究[D].青岛大学.

[3] 刘继明，梁建宇.合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响[J].山西冶金，2005（4）：9-12.

[4] 张文彦.奥氏体不锈钢纤维微观结构与物性研究[D].西安建筑科技大学.

[5] 杨赵玲，李建平，等.超细不锈钢纤维的制备和性能[J].稀有金属材料与工程，2003，32（9）：748-751.

[6] 林昌健，茅禹，田昭武.电化学改性不锈钢钝化膜的耐蚀机理研究[J].中国腐蚀与防护学报，1992，12（3）：205-212.

[7] 吴玮巍，蒋益明，等.Cl离子对304、316不锈钢临界点蚀温度的影响[J].腐蚀科学与防护技术，2007，19（1）：16-19.endprint

摘 要：以316L不锈钢纤维为研究对象，分析不锈钢纤维集束拉拔法生产过程对其耐蚀性能的影响。

关键词：集束拉拔法 不锈钢纤维 耐蚀性能

中图分类号：TB302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0079-02

1 不锈钢纤维生产工艺简析

不锈钢纤维的制造方法主要有熔融纺丝法，切削法，单丝拉拔法，集束拉拔法。

熔融纺丝法是较早开发的金属纤维制造方法，目前主要包括坩埚熔融抽丝法、悬滴熔融抽拉法和熔融纺丝法。熔融纺丝法的基本原理是将金属加热到熔融状态，再通过一定的装置将熔融金属液体喷射或甩出后冷却而形成金属纤维。

切削法是制造金属纤维的常用方法之一，用该种方法制造的金属纤维产品种类齐全，适用面较广。切削法既可制取长纤维也可制取短纤维，生产设备简单，成本较低，适用于加工不锈钢、低碳钢、铸铁、铜、铝及其合金等不同材质的金属。切削法与熔融纺丝法虽然都具有生产成本低的特点，但用这两种制造方法制备的不锈钢纤维不连续且截面不均匀，在一些要求较高的场合不能满足服役条件。

单丝拉拔法是制造金属线材的通用方法，其原理就是使金属线材通过孔径逐渐递减的拉丝模孔进行多次拉伸。单丝拉拔法具有生产工艺复杂，纤维容易断裂，并且不能生产细纤维，生产成本高的特点。

集束拉拔法的主要生产过程是把多根金属线包在外包材料里，经过多级拉丝模进行连续拉拔，根据需要可以在中间设置热处理等工艺。在其拉拔和热处理过程中的任何参数变化都会使纤维的性能发生变化，从而影响纤维质量。目前，集束拉拔法主要用于生产不锈钢纤维和高温合金纤维（铁铬铝纤维）。用集束拉拔法生产的不锈钢纤维，其抗拉强度很高，可达2000 MPa，但延伸率低。并且用此种方法可生产直径10μm以下的不锈钢纤维，纤维丝直径均匀，连续性好，成本低，是目前制备不锈钢纤维的普遍采用的方法[1]。

2 集束拉拔法生产工艺过程对金属纤维耐蚀性能影响分析

2.1 表面涂铜的影响

在加工集束型不锈钢纤维[2]的过程中为了降低拉拔的次数和减小单根细丝被拉断的概率，通常是将多根用单丝拉拔法制备的不锈钢线材集成一束，外加与不锈钢有类似倾向加工硬化的包覆材料（一般采用中碳钢），再进行拉伸。在加工过程中为了防止相邻纤维之间粘着现象的发生，会把Cu等物质涂覆在在其表面，拉伸完成后再使用化学方法除去涂层物质。然而，在纤维的表面会有铜残留，关于Cu对不锈钢的腐蚀性能的影响已有不少研究，普遍认为Cu能提高不锈钢抗全面腐蚀能力，是由于沉淀Cu附在钢的腐蚀表面抑制了阳极溶解，从而达到抗腐蚀的效果[3]。

2.2 减径过程中造成纤维表面缺陷的影响

金属纤维在一定拉伸量下，晶粒沿变形方向产生变形；变形量加大，呈现纤维状；进一步加大变形量，产生形变织构。在高倍电子显微镜下可以看到纤维表面有微小突起，这是拉拔退火过程综合作用引起的成分偏聚[4]，以及拉拔过程中在其表面形成了很多微小的裂纹（图1，金属纤维表面SEM图片，表面有大量微小裂纹）。

由图2（金属纤维表面SEM图片）可以看出，在纤维的表面镶嵌有大量的颗粒。这些颗粒主要是拉拔及退火过程中，由于不锈钢纤维溶质原子在生产条件下扩散速率不同及原子间相互作用力大小不同，进而导致内部发生碳化物（碳化物主要是由Cr元素组成的Cr23C6以颗粒形式存在）的析出所产生的，在拉伸过程中随着纤维的减径在表面或近表面上呈现出来，从而在不锈钢纤维的表面形成大量的突起。

这种Cr23C6颗粒会大幅降低细纤维的物理及化学性能，它不仅使纤维芯严重不均匀，还会导致纤维沿颗粒处损坏[5]。

减径过程中带到表面的Cr23C6颗粒以镶嵌的形式与铁基连接。在铁基表面形成大量的位错，特别在铁基表面与Cr23C6颗粒接触环线，由于角度的起伏大，能量较其他部位高出很多，生产过程中自发形成的钝化膜[6]容易沿此环线破裂，从而使铁基与Cr23C6颗粒之间产生缝隙，在酸性环境中局部会形成较封闭的反应环境，自催化反应

（Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+，Fe+2H+=Fe2++H2）会进一步加剧。使原本动态修复平衡的钝化膜逐渐落后于铁基的腐蚀。整个反应一直进行到Cr23C6颗粒从铁基上掉落（图4，腐蚀后的金属纤维表面SEM图片，颗粒大量减少），形成Cr23C6颗粒掉落留下的凹坑（图2与图4对比，表面颗粒大量的减少），从而导致点蚀加剧，直至金属纤维被破坏。

同理，生产过程中表面形成的大量的微小裂纹也是诱导金属纤维表面钝化膜动态修复平衡被破坏以及引发点蚀的又一因素。

2.3 减径过程中金属纤维内部成分变化的影响

由于减径退火过程中碳化物颗粒的析出使得基体内部晶界附近的铬含量大量减少，当晶界附近的铬的质量分数低于到小于12%时，造成了相对的“贫铬区”，“贫铬区”电位下降，而晶粒本身仍维持高电位，晶粒与“贫铬区”之间存在着一定的电位差，而在腐蚀介质中晶界的溶解速度和晶粒本身溶解速度是不同的，晶界的溶解速度远大于晶粒本身的溶解速度，“贫铬区”作为阳极与晶粒构成大阴极和小阳极的微电偶电池，造成“贫铬区”选择性的局部发生腐蚀（也就是晶间腐蚀[7]），从而导致金属纤维耐蚀性能下降。

3 研究结论

（1）金属纤维在生产过程中表面产生了大量缺陷。

（2）集束拉拔过程中涂层物质中铜对金属纤维耐蚀性能起到促进作用。

（3）金属纤维集束拉拔过程中造成的缺陷加速了其表面钝化膜的破裂及点蚀的形成，导致其在酸性环境中腐蚀加剧。

（4）金属纤维减径过程中其内部形成“贫铬区”造成晶间腐蚀，从而使金属纤维耐蚀性能下降。

参考文献

[1] 刘先兰，刘楚明.不锈钢纤维的生产工艺现状分析[J].2007，1（3）：169-172.

[2] 杨强.不锈钢纤维的抗损伤性能研究[D].青岛大学.

[3] 刘继明，梁建宇.合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响[J].山西冶金，2005（4）：9-12.

[4] 张文彦.奥氏体不锈钢纤维微观结构与物性研究[D].西安建筑科技大学.

[5] 杨赵玲，李建平，等.超细不锈钢纤维的制备和性能[J].稀有金属材料与工程，2003，32（9）：748-751.

[6] 林昌健，茅禹，田昭武.电化学改性不锈钢钝化膜的耐蚀机理研究[J].中国腐蚀与防护学报，1992，12（3）：205-212.

[7] 吴玮巍，蒋益明，等.Cl离子对304、316不锈钢临界点蚀温度的影响[J].腐蚀科学与防护技术，2007，19（1）：16-19.endprint