酸洗对薄壁0Cr18Ni9 不锈钢腐蚀的试验研究

陈胜利，郭和平，李玉生，张新宇

(新乡航空工业(集团)有限公司，河南 新乡 453049)

0 引言

以0Cr18Ni9 为代表的奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能、综合力学性能、工艺性能和焊接性能，因而在化工、原子能、航空和航海等工业中得到广泛的应用［1-3］。但0Cr18Ni9 型奥氏体不锈钢产品在制造、使用中由于与周围环境的作用产生晶间腐蚀［4］、应力腐蚀［5-6］、点腐蚀［7］，进而导致产品失效也时有发生。

0Cr18Ni9 不锈钢产品特别是细不锈钢管和薄不锈钢带，在钎焊后或热处理后的酸洗过程中多次出现过腐蚀事件。腐蚀不仅造成产品壁厚减薄、腐蚀穿孔，而且对产品的力学性能也会产生严重影响。本研究采用常用的去除不锈钢氧化膜腐蚀剂(30%HNO3+10%HF+60%H2O、20%HNO3+20%HF+60%H2O)，对0.1 mm 的0Cr18Ni9 不锈钢带进行酸洗腐蚀试验，探讨酸洗过程的各因素对薄壁不锈钢腐蚀的影响。

1 试验过程与结果

1.1 试验用材料和腐蚀剂

1)试验用材料:0.1 mm × 400 mm 的0Cr18Ni9 不锈钢带，化学成分符合GB/T 4239—1991 的技术要求(表1)。

表1 化学成分分析结果(质量分数/%)Table 1 Analysis results of chemical composition (mass fraction/%)

2)试样状态及力学性能。

原材料为固溶态，晶粒度为8 级(图1a)。模拟不锈钢镍基钎料钎焊工艺，在真空钎焊炉中完成，加热温度为1 060 ℃，保温时间为10 min，然后炉冷至150 ℃以下出炉空冷。加热及冷却过程真空度不低于1 ×10-2Pa。材料热处理后的晶粒度为7.5 级(图1b)。拉伸性能见表2。

图1 材料的金相组织Fig.1 Metallographic structure of experimental materials

3)试验用化学试剂:HF，分析纯，HF 含量≥40%;HNO3，分析纯，HNO3含量65%～68%;HCl，分析纯，HCl 含量36%～38%;H2O。

4)试验用腐蚀剂:30% HNO3+10% HF +60%H2O(1#腐蚀剂);20% HNO3+20% HF +60%H2O(2#腐蚀剂)(均为体积分数)。

表2 材料的室温力学性能Table 2 Room-temperature mechanical property of experimental materials

1.2 试验方案

对原材料态和热处理态两种材料进行试验，对每种腐蚀剂均在(18±2)℃，(32±2)℃，(52±2)℃的3 个温度下进行酸洗腐蚀试验。温度测定仪器是玻璃温度计，在每个温度下进行2、4、8、16 min 的酸洗腐蚀试验。时间测定仪器是秒表，每种腐蚀剂均现配制现使用，每组试样为3 根，测定0Cr18Ni9 不锈钢带试样减薄量和力学性能。取3 个试样的平均值进行比较，试样均按公称厚度测定力学性能，再进行金相组织观察。

1.3 试验结果

1)不同条件下减薄量与性能测试。表3～表6 分别为2 种状态和2 种腐蚀剂下的试验结果。

表3 原材料态在1#腐蚀剂中的试验结果Table 3 Test results of solid-solution stainless steel strip (kept in No.1 etchant)

表4 原材料态在2#腐蚀剂中的试验结果Table 4 Test results of solid-solution stainless steel strip (kept in No.2 etchant)

表5 热处理态在1#腐蚀剂中的试验结果Table 5 Test results of annealed stainless steel strip (kept in No.1 etchant)

2)金相组织观察。将酸腐蚀后的拉伸试样制成金相试样进行组织观察，能够看到:裂纹由表面沿晶界向中心扩展，说明腐蚀是晶间腐蚀;相同试验环境下，原材料态试样和热处理态试样相比试样厚度变化不大，但原材料态试样裂纹少，裂纹向心部扩展浅，说明原材料态试样和热处理态试样耐厚度减薄能力基本相同，而热处理态试样耐晶间腐蚀能力明显降低;酸液温度越高、酸腐蚀时间越长，裂纹向心部扩展越深，晶粒间裂缝越大。由退火态钢带在32 ℃的1#腐蚀剂中腐蚀8 min的金相组织和在52 ℃的2#腐蚀剂中腐蚀16 min的金相组织(这也是所有试样中腐蚀最严重的一组)对比(图2)可知，酸液温度、酸腐蚀时间、腐蚀剂类型对晶间腐蚀均有较大影响，并且腐蚀是以晶间腐蚀为主，试样减薄为辅，外观看腐蚀并不严重，实际上试样已变酥脆化。

表6 热处理态在2#腐蚀剂中的试验结果Table 6 Test results of annealed stainless steel strip (kept in No.2 etchant)

2 分析与讨论

2.1 腐蚀量

将2 种腐蚀剂对2 种状态的0Cr18Ni9 不锈钢带壁厚减薄量绘成曲线图(图3、图4)，可以看出:对于2 种状态下的材料，腐蚀剂温度增高，腐蚀量加大，但在32 ℃以下，腐蚀时间在4 min 以内，其壁厚减薄量变化不大;对于不同组分的腐蚀剂，2#腐蚀剂比1#腐蚀剂对0Cr18Ni9 不锈钢腐蚀能力强，说明溶液中HF 含量增加，对0Cr18Ni9腐蚀增强。

比较图3a 和图4a、图3b 和图4b 可以看出:热处理态和原材料态在两种腐蚀剂的壁厚减薄量在32 ℃以下相差不大;52 ℃时热处理态的壁厚减薄量略小于原材料态壁厚减薄量，这可能与热处理后表面氧化膜增厚有关。结合金相组织观察，热处理态的腐蚀是以晶间腐蚀为主，壁厚减薄为辅。

图2 退火态钢带腐蚀后的金相组织Fig.2 Metallographic structure of annealed stainless steel strip after corrosion

图3 原材料态各腐蚀剂中的腐蚀量Fig.3 Corrosive degree of solid-solution stainless steel strip

图4 热处理态各腐蚀剂中的腐蚀量Fig.4 Corrosive degree of annealed stainless steel strip

2.2 力学性能

图5 为两种腐蚀剂对0Cr18Ni9 不锈钢带抗拉强度的影响曲线。由图5 可以看出:随着腐蚀剂温度的升高，其试样力学性能下降幅度增大;随着腐蚀时间延长，其力学性能下降幅度增大;热处理态和原材料态抗力学性能下降能力差别很大，热处理态力学性能下降幅度较大，这与其热处理态耐晶间腐蚀能力差相吻合。

比较两种腐蚀剂对材料力学性能的影响可以看出，2#腐蚀剂比1#腐蚀剂对0Cr18Ni9 力学性能影响更大，说明溶液中HF 含量增加，对0Cr18Ni9力学性能影响增强。

3 结论

图5 腐蚀剂对不锈钢带力学性能的影响Fig.5 Effect of etchant on mechanical property of stainless steel strip

1)酸洗过程中，酸液温度的增加和腐蚀时间的延长，都会导致0Cr18Ni9 带材的壁厚减薄量和力学性能下降幅度增大。

2)热处理态的0Cr18Ni9 与原材料态的0Cr18Ni9 在短时酸洗(酸洗时间≤16 min)时，壁厚减薄量稍小，但抗力学性能下降能力相差很大，金相组织检查表明腐蚀是以晶间腐蚀为主，热处理态的0Cr18Ni9 抗晶间腐蚀能力远低于原材料态的0Cr18Ni9 抗晶间腐蚀能力。

3)溶液中HF 含量增加，对0Cr18Ni9 腐蚀量和力学性能影响增强。

4)生产中常采用30%HNO3+10%HF+60%H2O 作为腐蚀剂去除薄壁0Cr18Ni9 表面氧化膜。酸洗时，酸洗温度控制在32 ℃以下，酸洗时间控制在2 min 以内对薄壁0Cr18Ni9 件腐蚀量和性能影响很小;酸洗时间超过2 min 虽然对薄壁0Cr18Ni9 件壁厚减薄量影响较小，但对力学性能影响很大，会导致0Cr18Ni9 变脆。

5)含HF 的腐蚀剂对退火态的0Cr18Ni9 薄壁不锈钢力学性能影响极大，易使材料变酥脆化。HF 含量增高，对材料力学性能影响增大。

［1］郑海生.奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的研究及防止［J］.机电工程与技术，2004，33(1):46-47.

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