孫京波

1 前言

不銹鋼/碳鋼復(fù)合板是以不銹鋼為復(fù)層和碳鋼為基層，通過特定的方式復(fù)合而成的，其兼具兩種材料的綜合性能，如不銹鋼的耐腐蝕、外觀豪華和碳鋼的剛度高、成本低等特點(diǎn)，因而被廣泛用于冶金和石油化工等領(lǐng)域［1-3］。對(duì)稱組坯方式是指在制坯時(shí)，將碳鋼和不銹鋼按照一定次序進(jìn)行放置，放置順序從上到下為：碳鋼-不銹鋼-不銹鋼-碳鋼。組坯完成后將坯料四周完全封焊，然后對(duì)坯料腔體進(jìn)行抽真空處理。熱軋法生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合板，就是在真空環(huán)境下通過高溫、高壓實(shí)現(xiàn)的兩種不同金屬的冶金結(jié)合。此方法生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合板，在鋼板冷卻過程中，由于不銹鋼在鋼板的心部，不銹鋼的冷卻速度較鋼板表面冷卻速度慢。當(dāng)鋼板中間不銹鋼的冷卻溫度和速度達(dá)到不銹鋼晶間腐蝕區(qū)間時(shí)，心部的不銹鋼就會(huì)發(fā)生晶間腐蝕，從而大大降低不銹鋼復(fù)合板的耐腐蝕性。本研究對(duì)304不銹鋼晶間腐蝕的影響因素進(jìn)行分析，對(duì)組坯熱軋兩種方式冷卻的復(fù)合板取樣檢測(cè)晶間腐蝕情況，以期對(duì)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

2 304不銹鋼晶間腐蝕影響因素分析

1）溫度。當(dāng)鋼板溫度＜450℃或＞850℃時(shí)，304不銹鋼不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。因?yàn)闇囟龋?50℃時(shí)，鋼中不會(huì)生成Cr23C6；當(dāng)溫度＞850℃時(shí)，由于擴(kuò)散能力增強(qiáng)，有足夠的Cr擴(kuò)散至晶界和C結(jié)合，不會(huì)在晶界形成“貧Cr區(qū)”。所以，產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度是在450～850℃，該溫度區(qū)間就成為產(chǎn)生晶間腐蝕的“危險(xiǎn)溫度區(qū)”（又稱“敏化溫度區(qū)”）［4］。

2）含C量。C是不銹鋼敏化的關(guān)鍵性元素，對(duì)晶間腐蝕有重大影響。C含量＜0.08%時(shí)［5］，C析出量較少；C含量＞0.08%時(shí)，則C析出量迅速增加。隨著不銹鋼中C含量的增加，在晶界生成的Cr23C6數(shù)量隨之增多，導(dǎo)致晶界形成“貧Cr區(qū)”的機(jī)會(huì)增多，產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向增大，使不銹鋼的腐蝕速度增大。可見C是影響晶間腐蝕最主要的元素。

3 試驗(yàn)材料和方法

本研究使用的材料基板和復(fù)板分別為工業(yè)用Q235B碳鋼和304不銹鋼，其化學(xué)成分見表1。兩種材料通過對(duì)稱的方式完成組坯，組成兩個(gè)完全一樣的坯料。抽真空后軋制成厚度32 mm的兩張鋼板。軋制完成后其中一張鋼板自然冷卻，編號(hào)為1#；另外一張鋼板通過ACC水冷至650℃，冷卻速度為6℃/s，然后進(jìn)行空冷，編號(hào)為2#。分板后得到兩張16 mm的不銹鋼復(fù)合板。兩張鋼板的軋制參數(shù)相同，終軋溫度均為900℃。

表1 原材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1#鋼板由850℃自然冷卻至450℃，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)用時(shí)3 500 s；2#鋼板由850℃通過ACC冷卻至650℃然后自然冷卻至450℃，用時(shí)500 s。參照18-8鋼的晶間腐蝕敏感溫度—時(shí)間曲線［6］（見圖1），1#、2#鋼板在實(shí)際生產(chǎn)中均是連續(xù)降溫，只要鋼板的連續(xù)降溫曲線和圖1對(duì)應(yīng)的晶間腐蝕區(qū)域沒有相交，就可以初步判斷不銹鋼復(fù)合板表面未產(chǎn)生晶間腐蝕；反之，可以說明不銹鋼復(fù)合板表面產(chǎn)生了一定的晶間腐蝕。相交的區(qū)域越大，表明晶間腐蝕越嚴(yán)重。

從2#鋼板的冷卻溫度和時(shí)間來看，2#鋼板冷卻速度較快，可以明顯看出2#鋼板的冷卻曲線未與圖1中的晶間腐蝕區(qū)域相交，可以排除2#鋼板表面不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕。1#鋼板冷卻速度較慢，通過比較圖1中相對(duì)應(yīng)的晶間腐蝕區(qū)域，不能判斷1#鋼板表面不銹鋼是否產(chǎn)生了晶間腐蝕。

圖1 18-8鋼晶間腐蝕敏感溫度—時(shí)間曲線

4 取樣檢測(cè)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證2#鋼板表面不銹鋼未發(fā)生晶間腐蝕，檢測(cè)1#鋼板表面不銹鋼是否發(fā)生了晶間腐蝕，從兩張復(fù)合板的不銹鋼面上分別取樣，1#鋼板取樣編號(hào)為試樣1；2#鋼板取樣編號(hào)為試樣2。

按照GB/T 4334—2008標(biāo)準(zhǔn)中的方法E，不銹鋼硫酸—硫酸銅試驗(yàn)方法要求，配制成硫酸—硫酸銅溶液。兩試樣侵蝕后，用流水清洗干凈，干燥，在金相顯微鏡下觀察兩試樣表面的侵蝕情況，對(duì)照GB/T 4334—2008標(biāo)準(zhǔn)判定組織類別，判斷兩個(gè)試樣是否有晶間腐蝕。試樣的金相組織如圖2所示。

圖2 鋼板試樣的金相組織

由圖2可以看出，試樣2組織呈現(xiàn)為正常階梯組織，在試樣2的金相組織中未發(fā)現(xiàn)有晶間腐蝕的傾向（見圖2b）。驗(yàn)證了2#鋼板的連續(xù)冷卻曲線和圖1的晶間腐蝕區(qū)域沒有相交。試樣1金相組織晶界處發(fā)黑，已經(jīng)產(chǎn)生了晶間腐蝕，有明顯的腐蝕溝（見圖2a）。所以從金相上來看，1#鋼板的冷卻曲線和圖1中的晶間腐蝕區(qū)域發(fā)生了相交，1#鋼板表面不銹鋼發(fā)生了晶間腐蝕。

由于2#鋼板軋后冷卻速度快，奧氏體晶粒中的過飽和C沒有足夠的時(shí)間移動(dòng)至晶界，在晶界處就沒有足夠多的Cr23C6，所以2#鋼板沒有晶間腐蝕傾向。1#鋼板是軋后自然冷卻，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的1#鋼板由850℃自然冷卻至450℃用時(shí)3 500 s，其實(shí)測(cè)量的是軋后鋼板表面的溫度。但是軋后鋼板厚度32 mm，不銹鋼在鋼板的心部，所以心部不銹鋼由850℃冷卻至450℃所用時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間。鋼板心部不銹鋼的冷卻速度其實(shí)是小于這個(gè)冷卻速度的。

不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕，是因?yàn)椴讳P鋼在發(fā)生晶間腐蝕的敏感溫度下保溫一定的時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的。在晶間腐蝕敏感溫度下，過飽和奧氏體晶粒中的C如果有足夠的時(shí)間移動(dòng)至晶界處，就會(huì)在晶界處生成Cr23C6，造成晶界附近的Cr成分貧乏，造成晶界區(qū)和晶粒本體有了明顯的差異［4］。這種明顯的差異表現(xiàn)為晶界附近的Cr含量降低至12%以下，從而大大降低了不銹鋼的耐腐蝕性。

5 結(jié)論

5.1 當(dāng)對(duì)稱軋制厚度為32 mm不銹鋼復(fù)合板時(shí)，自然冷卻條件下可導(dǎo)致不銹鋼復(fù)合板表面不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕傾向。

5.2 當(dāng)對(duì)稱軋制厚度為32 mm不銹鋼復(fù)合板時(shí)，如果采用ACC水冷，且冷卻速度≮6℃/s時(shí)，不銹鋼復(fù)合板表面不銹鋼未發(fā)生晶間腐蝕傾向。

5.3 18-8不銹鋼的晶間腐蝕敏感溫度—時(shí)間曲線，只能作為實(shí)際生產(chǎn)中判定不銹鋼復(fù)合板是否發(fā)生晶間腐蝕的參考，不能精確判定不銹鋼復(fù)合板是否發(fā)生了晶間腐蝕。

［1］ 王立新，李國(guó)平.爆破不銹鋼復(fù)合板界面組織和性能分析及應(yīng)用［J］.鋼鐵，2005，40（11）：71-74.

［2］ 謝廣明，駱宗安，王光磊，等.真空軋制不銹鋼復(fù)合板的組織和性能［J］.東北大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)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］ 張述林，李敏嬌，王曉波，等.18-8奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕［J］.中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，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］ 黃一桓.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕機(jī)理及預(yù)防措施［J］.中國(guó)科技信息，2006（16）：88-90