加热对SUS301L 不锈钢耐腐蚀性能的影响

2021-05-17 08:20吕双

一重技术 2021年1期

吕双

奥氏体不锈钢自1913 年在德国问世后, 就以其全面、良好的综合性能被广泛应用于原子能工业、铁道车辆、造船工业、食品设备等。国内外的许多学者对其性能及耐蚀性等方面已有诸多研究。 SUS301L 奥氏体钢已经成为制造不锈钢车体的主要材料,而国产奥氏体不锈钢冷轧板材通过焊后热调修控制焊接变形时易产生软化效应[1,2]。同时，加热温度在450～850 ℃范围时，存在晶间腐蚀倾向[3,4]。为此，本文对不同温度下热处理后的SUS301L 不锈钢试样进行晶间腐蚀试验，以评估热调修工艺对SUS301L 不锈钢和耐蚀性能的影响。

1 试验方案

1.1 试验材料

本文试验材料选自SUS301L 奥氏体不锈钢板材（见表1）。

本文选择三种SUS301L 奥氏体不锈钢板材（见表2）。

1.2 试验方法

（1）晶间腐蚀试验

晶间腐蚀试验参照GB/T4334.1-2000 《不锈钢10%草酸浸蚀试验方法》的规定进行[5]，焊接接头经打磨、抛光、腐蚀后进行组织分析。试样在P-2型抛光机上抛光，腐蚀液为浓度10%的草酸溶液，设备使用直流稳压开关电源（见图1），其中阴极为表面积足够大的不锈钢片，阳极为晶间腐蚀试样。试样浸蚀后在BX51M 显微镜下观察不锈钢焊接接头的母材、热影响区和焊缝区的组织形态。

表1 SUS301L 奥氏体不锈钢板材（wt.%）

表2 锈钢板材力学性能

本试验的加热温度分别取450 ℃、 550 ℃、650 ℃、 750 ℃、 850 ℃，保温时间均为10 min。根据GB/T 4334.1-2000 标准，将浸蚀处理后的试样与标准浸蚀组织对比，确定腐蚀程度的类型（见表3）。

（2）晶间腐蚀试验步骤

①将100 g 的草酸溶解于900 ml 的蒸馏水或去离子水中，配成10%的草酸溶液。

②把试样作为阳极，倒入10%的草酸溶液，奥氏体不锈钢容器作为阴极，然后接通电路。电流密度为1 A/cm2，浸蚀时间为90 s，浸蚀溶液温度为20～50 ℃。

图1 晶间腐蚀装置浸蚀电路

③试样浸蚀后，用流水洗净、擦干。在金相显微镜下观察试样，放大倍数为200～500 倍，然后判断组织类别。

表3 晶界形态的分类

2 试验结果与讨论

2.1 加热温度对晶间腐蚀性能的影响

（1） SUS301L-DLT 不锈钢

SUS301L-DLT 不锈钢在450～850 ℃加热温度下的晶间腐蚀形貌（见表4）。

从表中可以看出，经过晶间腐蚀试验后，晶界无腐蚀沟，晶粒间呈台阶状，属于阶梯组织。

（2） SUS301L-ST 不锈钢

SUS301L-ST 不锈钢在450～850 ℃加热温度下的晶间腐蚀形貌（见表5）。

从表中可以看出，经过晶间腐蚀试验后，晶界无腐蚀沟，晶粒间呈台阶状，属于阶梯组织。

（3） SUS301L-MT 不锈钢

SUS301L-MT 不锈钢在450～850 ℃加热温度下的晶间腐蚀形貌（见表6）。

从表中可以看出，经过晶间腐蚀，晶界无腐蚀沟，晶粒间呈台阶状，属于阶梯组织。

2.2 结果分析

通过草酸阳极腐蚀试验了解奥氏体不锈钢在特定介质中的耐蚀性，可以用于改善热处理工艺及焊接工艺。产生奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因很多，但主要是由于晶界合金元素的贫化，特别是铬元素贫化，不锈钢之所以耐蚀，主要是由于钢中含有一定量的铬等可钝化元素，可是如果在晶界有富铬相析出，这些相的主要成分为铬的碳化物，析出相中铬的含量高达95%，由此确定沿着晶界会产生一个贫铬区。当贫化区的铬含量降低至钝化所需极限含量以下时，贫化区的晶界将会转化为阳极，在腐蚀介质的作用下，将会发生晶界腐蚀。

通过本文比较SUS301L 不锈钢的晶界组织形态，可以看出SUS301L 的含碳量w (C) ＜0.03%，属于超低碳材料。而含碳量较低的SUS301L 只会与少量的铬反应，生成碳化铬，贫铬效应较小。因此， SUS301L 的晶间腐蚀现象很弱。

经过贫铬理论分析后，只要在制定焊接工艺中减少熔敷金属中碳的来源就可以有效防止晶粒边界产生贫铬区，提高抗晶间腐蚀能力。此外，采用加工处理也可以减少贫铬区的产生，如：对奥氏体不锈钢进行固溶处理，可以使焊接时析出的铬的碳化物重新固溶到奥氏体中去。

表4 SUS301L-DLT 不锈钢晶间腐蚀形貌

表5 SUS301L-ST 不锈钢晶间腐蚀形貌

3 结语

通过本文的实验可知，在450～850 ℃加热时SUS301L 不锈钢存在晶间腐蚀倾向，但是晶界没有腐蚀沟，晶粒间呈台阶状，属于阶梯组织。由此可知， SUS301L 的晶间腐蚀现象很弱，耐腐蚀性能较好。

表6 SUS301L-MT 不锈钢晶间腐蚀形貌