Nb—Ti雙穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼06Cr18Ni11Ti耐腐蝕性研究

朱圓圓+易挺

摘 要：化學(xué)成分對(duì)不銹鋼耐腐蝕性具有很大影響，添加Nb和Ti元素能夠避免晶間腐蝕，極大提高耐腐蝕性。晶間腐蝕和點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Nb-Ti雙穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼耐腐蝕性很強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；晶間腐蝕；雙穩(wěn)定化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.026

1 引言

06Cr18Ni11Ti不銹鋼產(chǎn)品在不同濃度、不同溫度的有機(jī)酸和無機(jī)酸中，尤其在氧化性介質(zhì)中具有良好的耐磨蝕性能。在敏化溫度（450～850℃）再加熱或經(jīng)過焊接時(shí)，不銹鋼在腐蝕介質(zhì)的作用下就會(huì)發(fā)生晶間腐蝕。晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在引起晶間腐蝕。晶間腐蝕發(fā)生后表面無腐蝕跡象，但晶粒間的結(jié)合力已遭到破壞。當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，就會(huì)沿晶界突發(fā)局部腐蝕斷裂[1]。晶間腐蝕嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全性，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性研究尤為重要。

2 化學(xué)成分及耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)分析

2.1 化學(xué)成分分析

實(shí)測(cè)06Cr18Ni11Ti不銹鋼各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Cr17.23%，C為0.03%， Ti為0.147%，Nb為0.22%，Si0.50%，Mn1.27% ，P0.021%，S0.004%，Ni9.12%，N0.013%。與國標(biāo)和內(nèi)控值對(duì)照，均符合要求。Cr是不銹鋼的主加元素，每種不銹鋼Cr的含量都必須大于13%[1]。鉻元素使不銹鋼表面形成一層無色透明的致密的鈍化膜，防止鋼的氧化，增強(qiáng)鋼的耐腐蝕性能。實(shí)測(cè)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.23%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于13%。晶間腐蝕原因是C與晶界處的Cr形成Cr23C6并析出，使晶界處Cr含量降低而造成“貧鉻”。Cr是抑制晶間腐蝕的主要元素之一，當(dāng)晶界處的Cr含量低于12%時(shí)，發(fā)生晶間腐蝕的幾率就會(huì)變大[2-3]。不銹鋼抗晶間腐蝕的能力會(huì)隨C的含量降低而提高。C質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好控制在0.08%以下，晶界處析出C越少形成Cr23C6碳化物機(jī)會(huì)就會(huì)隨之減少，不易在晶界處形成“貧鉻區(qū)”[1]。當(dāng)C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.08%時(shí)，晶間腐蝕產(chǎn)生的趨勢(shì)會(huì)顯著增加。實(shí)測(cè)C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%，屬于超低碳的奧氏體不銹鋼。由于Nb的成本很高，傳統(tǒng)的321只加Ti不加Nb。加入Ti可防止產(chǎn)生晶間腐蝕，但是Ti與氮和氧有較強(qiáng)的親和力，容易出現(xiàn)TiN、Ti（CN）、TiO2及高熔點(diǎn)鋁酸鹽聚集在鋼渣界面，使鋼液變得黏稠，鋼與渣難以分離，容易聚集到鑄坯表面或皮下形成夾渣[4]。減少TiN和TiO2夾雜的唯一途徑是降低Ti含量，降低Ti耐晶間腐蝕性降低，添加Nb可解決這一矛盾。各元素與C的親和力大小排序?yàn)椋篢i、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn。Ti和Nb與C的親和力比Cr強(qiáng)，Ti和Nb優(yōu)先與C形成Ti（CN）和Nb（CN），抑制Cr23C6或Cr7C3的形成，避免晶間腐蝕。Nb、Ti的添加是改善不銹鋼材料的綜合性能較為有效的措施之一，該理論在許多鋼種中均得到成功應(yīng)用[5]。

2.2 06Cr18Ni11Ti不銹鋼鋼帶耐蝕性檢驗(yàn)

2.2.1 晶間腐蝕試驗(yàn)

對(duì)321酸洗板取樣進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)。試樣敏化處理方法： 650℃，保溫2h，空冷；試驗(yàn)溶液10%草酸：純草酸 150 g；蒸餾水 1350 ml；試驗(yàn)設(shè)備：a：直流電源； b：可變電阻器；c：電流表；d：陰極不銹鋼片；e：陽極試樣；實(shí)驗(yàn)一：試樣檢驗(yàn)面積：1.64cm2；試驗(yàn)參數(shù)：電流1.6 A；實(shí)際電流密度1A/ cm2 ，浸蝕時(shí)間90S；溶液溫度31℃；實(shí)驗(yàn)二：試樣檢驗(yàn)面積：1.73cm2；試驗(yàn)參數(shù)：電流1.7A，實(shí)際電流密度1A/ cm2 ，浸蝕時(shí)間90S；溶液溫度45℃。由試驗(yàn)結(jié)果得知：選取的試驗(yàn)溫度（分別約30℃和45℃）對(duì)晶間腐蝕影響不大；晶間腐蝕后的晶界形態(tài)為二類（混合組織）、凹坑組織為六類（凹坑組織I），說明奧氏體不銹鋼06Cr18Ni11Ti耐晶間腐蝕能力強(qiáng)。Nb與Ti有“固定”C的作用，有效防止晶間腐蝕。

2.2.2 點(diǎn)蝕試驗(yàn)

按照GB/T 17897-1999不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)取樣要求，06Cr18Ni11Ti不銹鋼酸洗板分別取三塊試樣（試樣一總面積0.00184988 m2；試樣二總面積0.00191386 m2；試樣三總面積0.00169931m2）。在6%FeCl3溶液中進(jìn)行50℃、浸蝕24h試驗(yàn)。通過計(jì)算得知，耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值為16.57。耐點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)值越高，表示耐蝕性能越好，但材質(zhì)本身的夾雜物、表面狀態(tài)（劃痕、凹坑、粗糙度等）等因素對(duì)金屬耐點(diǎn)蝕性都有影響。腐蝕率：試樣一22.75g/（m2·h），試樣二22.33g/（m2·h），試樣三25.88g/（m2·h），三塊試樣平均腐蝕率為23.65g/（m2·h）大于耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值，說明06Cr18Ni11Ti耐點(diǎn)腐蝕能力較強(qiáng)。

3 結(jié)論

（1）不銹鋼中鉻元素的含量一般在13%以上耐腐蝕性較好。不銹鋼中C含量越低抗晶間腐蝕性越好。雙穩(wěn)定化元素Ti和Nb能夠更有效地防止晶間腐蝕。

（2）06Cr18Ni11Ti鋼帶耐晶間腐蝕能力強(qiáng)，耐三氯化鐵點(diǎn)腐蝕能力較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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