呂 雙

奧氏體不銹鋼自1913 年在德國問世后, 就以其全面、 良好的綜合性能被廣泛應(yīng)用于原子能工業(yè)、 鐵道車輛、 造船工業(yè)、 食品設(shè)備等。 國內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)其性能及耐蝕性等方面已有諸多研究。 SUS301L 奧氏體鋼已經(jīng)成為制造不銹鋼車體的主要材料,而國產(chǎn)奧氏體不銹鋼冷軋板材通過焊后熱調(diào)修控制焊接變形時(shí)易產(chǎn)生軟化效應(yīng)[1,2]。 同時(shí)， 加熱溫度在450～850 ℃范圍時(shí)， 存在晶間腐蝕傾向[3,4]。 為此， 本文對(duì)不同溫度下熱處理后的SUS301L 不銹鋼試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)， 以評(píng)估熱調(diào)修工藝對(duì)SUS301L 不銹鋼和耐蝕性能的影響。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

本文試驗(yàn)材料選自SUS301L 奧氏體不銹鋼板材（見表1）。

本文選擇三種SUS301L 奧氏體不銹鋼板材（見表2）。

1.2 試驗(yàn)方法

（1） 晶間腐蝕試驗(yàn)

晶間腐蝕試驗(yàn)參照GB/T4334.1-2000 《不銹鋼10%草酸浸蝕試驗(yàn)方法》 的規(guī)定進(jìn)行[5]， 焊接接頭經(jīng)打磨、 拋光、 腐蝕后進(jìn)行組織分析。 試樣在P-2型拋光機(jī)上拋光， 腐蝕液為濃度10%的草酸溶液，設(shè)備使用直流穩(wěn)壓開關(guān)電源 （見圖1）， 其中陰極為表面積足夠大的不銹鋼片， 陽極為晶間腐蝕試樣。 試樣浸蝕后在BX51M 顯微鏡下觀察不銹鋼焊接接頭的母材、 熱影響區(qū)和焊縫區(qū)的組織形態(tài)。

表1 SUS301L 奧氏體不銹鋼板材 （wt.%）

表2 銹鋼板材力學(xué)性能

本試驗(yàn)的加熱溫度分別取450 ℃、 550 ℃、650 ℃、 750 ℃、 850 ℃， 保溫時(shí)間均為10 min。根據(jù)GB/T 4334.1-2000 標(biāo)準(zhǔn)， 將浸蝕處理后的試樣與標(biāo)準(zhǔn)浸蝕組織對(duì)比， 確定腐蝕程度的類型（見表3）。

（2） 晶間腐蝕試驗(yàn)步驟

①將100 g 的草酸溶解于900 ml 的蒸餾水或去離子水中， 配成10%的草酸溶液。

②把試樣作為陽極， 倒入10%的草酸溶液，奧氏體不銹鋼容器作為陰極， 然后接通電路。 電流密度為1 A/cm2， 浸蝕時(shí)間為90 s， 浸蝕溶液溫度為20～50 ℃。

圖1 晶間腐蝕裝置浸蝕電路

③試樣浸蝕后， 用流水洗凈、 擦干。 在金相顯微鏡下觀察試樣， 放大倍數(shù)為200～500 倍， 然后判斷組織類別。

表3 晶界形態(tài)的分類

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 加熱溫度對(duì)晶間腐蝕性能的影響

（1） SUS301L-DLT 不銹鋼

SUS301L-DLT 不銹鋼在450～850 ℃加熱溫度下的晶間腐蝕形貌（見表4）。

從表中可以看出， 經(jīng)過晶間腐蝕試驗(yàn)后， 晶界無腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。

（2） SUS301L-ST 不銹鋼

SUS301L-ST 不銹鋼在450～850 ℃加熱溫度下的晶間腐蝕形貌（見表5）。

從表中可以看出， 經(jīng)過晶間腐蝕試驗(yàn)后， 晶界無腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。

（3） SUS301L-MT 不銹鋼

SUS301L-MT 不銹鋼在450～850 ℃加熱溫度下的晶間腐蝕形貌（見表6）。

從表中可以看出， 經(jīng)過晶間腐蝕， 晶界無腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。

2.2 結(jié)果分析

通過草酸陽極腐蝕試驗(yàn)了解奧氏體不銹鋼在特定介質(zhì)中的耐蝕性， 可以用于改善熱處理工藝及焊接工藝。 產(chǎn)生奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的原因很多，但主要是由于晶界合金元素的貧化， 特別是鉻元素貧化， 不銹鋼之所以耐蝕， 主要是由于鋼中含有一定量的鉻等可鈍化元素， 可是如果在晶界有富鉻相析出， 這些相的主要成分為鉻的碳化物， 析出相中鉻的含量高達(dá)95%， 由此確定沿著晶界會(huì)產(chǎn)生一個(gè)貧鉻區(qū)。 當(dāng)貧化區(qū)的鉻含量降低至鈍化所需極限含量以下時(shí)， 貧化區(qū)的晶界將會(huì)轉(zhuǎn)化為陽極， 在腐蝕介質(zhì)的作用下， 將會(huì)發(fā)生晶界腐蝕。

通過本文比較SUS301L 不銹鋼的晶界組織形態(tài)， 可以看出SUS301L 的含碳量w (C) ＜0.03%，屬于超低碳材料。 而含碳量較低的SUS301L 只會(huì)與少量的鉻反應(yīng)， 生成碳化鉻， 貧鉻效應(yīng)較小。 因此， SUS301L 的晶間腐蝕現(xiàn)象很弱。

經(jīng)過貧鉻理論分析后， 只要在制定焊接工藝中減少熔敷金屬中碳的來源就可以有效防止晶粒邊界產(chǎn)生貧鉻區(qū)， 提高抗晶間腐蝕能力。 此外， 采用加工處理也可以減少貧鉻區(qū)的產(chǎn)生， 如： 對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行固溶處理， 可以使焊接時(shí)析出的鉻的碳化物重新固溶到奧氏體中去。

表4 SUS301L-DLT 不銹鋼晶間腐蝕形貌

表5 SUS301L-ST 不銹鋼晶間腐蝕形貌

3 結(jié) 語

通過本文的實(shí)驗(yàn)可知， 在450～850 ℃加熱時(shí)SUS301L 不銹鋼存在晶間腐蝕傾向， 但是晶界沒有腐蝕溝， 晶粒間呈臺(tái)階狀， 屬于階梯組織。 由此可知， SUS301L 的晶間腐蝕現(xiàn)象很弱， 耐腐蝕性能較好。

表6 SUS301L-MT 不銹鋼晶間腐蝕形貌