304+Q235B不锈钢复合板晶间腐蚀研究

孙京波

1 前言

不锈钢/碳钢复合板是以不锈钢为复层和碳钢为基层，通过特定的方式复合而成的，其兼具两种材料的综合性能，如不锈钢的耐腐蚀、外观豪华和碳钢的刚度高、成本低等特点，因而被广泛用于冶金和石油化工等领域［1-3］。对称组坯方式是指在制坯时，将碳钢和不锈钢按照一定次序进行放置，放置顺序从上到下为：碳钢-不锈钢-不锈钢-碳钢。组坯完成后将坯料四周完全封焊，然后对坯料腔体进行抽真空处理。热轧法生产不锈钢复合板，就是在真空环境下通过高温、高压实现的两种不同金属的冶金结合。此方法生产不锈钢复合板，在钢板冷却过程中，由于不锈钢在钢板的心部，不锈钢的冷却速度较钢板表面冷却速度慢。当钢板中间不锈钢的冷却温度和速度达到不锈钢晶间腐蚀区间时，心部的不锈钢就会发生晶间腐蚀，从而大大降低不锈钢复合板的耐腐蚀性。本研究对304不锈钢晶间腐蚀的影响因素进行分析，对组坯热轧两种方式冷却的复合板取样检测晶间腐蚀情况，以期对生产提供指导。

2 304不锈钢晶间腐蚀影响因素分析

1）温度。当钢板温度＜450℃或＞850℃时，304不锈钢不会产生晶间腐蚀。因为温度＜450℃时，钢中不会生成Cr23C6；当温度＞850℃时，由于扩散能力增强，有足够的Cr扩散至晶界和C结合，不会在晶界形成“贫Cr区”。所以，产生晶间腐蚀的温度是在450～850℃，该温度区间就成为产生晶间腐蚀的“危险温度区”（又称“敏化温度区”）［4］。

2）含C量。C是不锈钢敏化的关键性元素，对晶间腐蚀有重大影响。C含量＜0.08%时［5］，C析出量较少；C含量＞0.08%时，则C析出量迅速增加。随着不锈钢中C含量的增加，在晶界生成的Cr23C6数量随之增多，导致晶界形成“贫Cr区”的机会增多，产生晶间腐蚀的倾向增大，使不锈钢的腐蚀速度增大。可见C是影响晶间腐蚀最主要的元素。

3 试验材料和方法

本研究使用的材料基板和复板分别为工业用Q235B碳钢和304不锈钢，其化学成分见表1。两种材料通过对称的方式完成组坯，组成两个完全一样的坯料。抽真空后轧制成厚度32 mm的两张钢板。轧制完成后其中一张钢板自然冷却，编号为1#；另外一张钢板通过ACC水冷至650℃，冷却速度为6℃/s，然后进行空冷，编号为2#。分板后得到两张16 mm的不锈钢复合板。两张钢板的轧制参数相同，终轧温度均为900℃。

表1 原材料化学成分（质量分数）%

1#钢板由850℃自然冷却至450℃，现场实测用时3 500 s；2#钢板由850℃通过ACC冷却至650℃然后自然冷却至450℃，用时500 s。参照18-8钢的晶间腐蚀敏感温度—时间曲线［6］（见图1），1#、2#钢板在实际生产中均是连续降温，只要钢板的连续降温曲线和图1对应的晶间腐蚀区域没有相交，就可以初步判断不锈钢复合板表面未产生晶间腐蚀；反之，可以说明不锈钢复合板表面产生了一定的晶间腐蚀。相交的区域越大，表明晶间腐蚀越严重。

从2#钢板的冷却温度和时间来看，2#钢板冷却速度较快，可以明显看出2#钢板的冷却曲线未与图1中的晶间腐蚀区域相交，可以排除2#钢板表面不锈钢发生晶间腐蚀。1#钢板冷却速度较慢，通过比较图1中相对应的晶间腐蚀区域，不能判断1#钢板表面不锈钢是否产生了晶间腐蚀。

图1 18-8钢晶间腐蚀敏感温度—时间曲线

4 取样检测结果及分析

为了验证2#钢板表面不锈钢未发生晶间腐蚀，检测1#钢板表面不锈钢是否发生了晶间腐蚀，从两张复合板的不锈钢面上分别取样，1#钢板取样编号为试样1；2#钢板取样编号为试样2。

按照GB/T 4334—2008标准中的方法E，不锈钢硫酸—硫酸铜试验方法要求，配制成硫酸—硫酸铜溶液。两试样侵蚀后，用流水清洗干净，干燥，在金相显微镜下观察两试样表面的侵蚀情况，对照GB/T 4334—2008标准判定组织类别，判断两个试样是否有晶间腐蚀。试样的金相组织如图2所示。

图2 钢板试样的金相组织

由图2可以看出，试样2组织呈现为正常阶梯组织，在试样2的金相组织中未发现有晶间腐蚀的倾向（见图2b）。验证了2#钢板的连续冷却曲线和图1的晶间腐蚀区域没有相交。试样1金相组织晶界处发黑，已经产生了晶间腐蚀，有明显的腐蚀沟（见图2a）。所以从金相上来看，1#钢板的冷却曲线和图1中的晶间腐蚀区域发生了相交，1#钢板表面不锈钢发生了晶间腐蚀。

由于2#钢板轧后冷却速度快，奥氏体晶粒中的过饱和C没有足够的时间移动至晶界，在晶界处就没有足够多的Cr23C6，所以2#钢板没有晶间腐蚀倾向。1#钢板是轧后自然冷却，现场测量的1#钢板由850℃自然冷却至450℃用时3 500 s，其实测量的是轧后钢板表面的温度。但是轧后钢板厚度32 mm，不锈钢在钢板的心部，所以心部不锈钢由850℃冷却至450℃所用时间要远远大于这个时间。钢板心部不锈钢的冷却速度其实是小于这个冷却速度的。

不锈钢发生晶间腐蚀，是因为不锈钢在发生晶间腐蚀的敏感温度下保温一定的时间时产生的。在晶间腐蚀敏感温度下，过饱和奥氏体晶粒中的C如果有足够的时间移动至晶界处，就会在晶界处生成Cr23C6，造成晶界附近的Cr成分贫乏，造成晶界区和晶粒本体有了明显的差异［4］。这种明显的差异表现为晶界附近的Cr含量降低至12%以下，从而大大降低了不锈钢的耐腐蚀性。

5 结论

5.1 当对称轧制厚度为32 mm不锈钢复合板时，自然冷却条件下可导致不锈钢复合板表面不锈钢发生晶间腐蚀倾向。

5.2 当对称轧制厚度为32 mm不锈钢复合板时，如果采用ACC水冷，且冷却速度≮6℃/s时，不锈钢复合板表面不锈钢未发生晶间腐蚀倾向。

5.3 18-8不锈钢的晶间腐蚀敏感温度—时间曲线，只能作为实际生产中判定不锈钢复合板是否发生晶间腐蚀的参考，不能精确判定不锈钢复合板是否发生了晶间腐蚀。

［1］ 王立新，李国平.爆破不锈钢复合板界面组织和性能分析及应用［J］.钢铁，2005，40（11）：71-74.

［2］ 谢广明，骆宗安，王光磊，等.真空轧制不锈钢复合板的组织和性能［J］.东北大学报：自然科学版，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］ 张述林，李敏娇，王晓波，等.18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀［J］.中国腐蚀与防护学报，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］ 黄一桓.奥氏体不锈钢晶间腐蚀机理及预防措施［J］.中国科技信息，2006（16）：88-90