熱處理工藝對(duì)430鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響

1、熱處理工藝對(duì)430鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響楊欣妍 陳旭 丁毅 馬立群(南京工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院)摘要：將真空感應(yīng)熔煉得到的實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行固溶處理、穩(wěn)定化處理，通過(guò)金相、掃描電鏡、能譜、顯微硬度及電化學(xué)方法，研究了熱處理工藝對(duì)430 鐵素體不銹鋼組織和耐蝕性能的影響。結(jié)果表明，通過(guò)1050保溫1h水冷后得到的試樣鋼的耐蝕性最好，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)固溶處理能得到過(guò)飽和固溶體，減少了碳化鉻的析出，呈現(xiàn)較為均勻的顯微組織，從而改進(jìn)試驗(yàn)鋼的耐蝕性能。keywords: 熱處理 430鐵素體不銹鋼 耐蝕性effect of heat treatment on corrosion resistanc

2、e of 430 ferritic stainless steelyang xinyan chen xu ding yi ma liqun(nanjing university of technology material science and engineering)abstract：study on the effect of heat treatment on microstructure and properties of 430 ferritic stainless steel by testing the metallographic examination, sem, elec

3、tron spectroscopy, hardness and electrochemistry of 430 ferritic stainless steel after vacuum melt and solution treatment. the results show that after solution heat treatment(1050, 1h, water cooling)can improve the corrosion resistance of 430 ferritic stainless steel by the formation of saturated so

4、lid solution, reduce the precipitation of chromium carbide and homogenous micro structures.keywords: heat treatment, 430 ferritic stainless steel, corrosion resistance.0. 引言不銹鋼由于其良好的綜合性能，在石油、化工、能源、宇航、海洋開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。430鐵素體不銹鋼由于成本低廉，同時(shí)具有比奧氏體不銹鋼更好的耐氯化物和苛性堿等應(yīng)力腐蝕性能,被廣泛地應(yīng)用于輕工、紡織、建筑、交通和食品加工等行業(yè)。而鐵素體不銹鋼的

5、脆性。晶間腐蝕敏感性等缺陷限制的鐵素體不銹鋼的更廣泛應(yīng)用，因此，本文研究了鐵素體不銹鋼的熱處理工藝，從而改善鐵素體不銹鋼的性能。1. 試樣制備及試驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)選用不銹鋼為某公司對(duì)430不銹鋼板材邊角料進(jìn)行重熔后的材料。其化學(xué)成分( %) : c 0130，n 0.090，cr 15.65，ni 0.150，si 0. 520，mn 0.39，其余為fe。根據(jù)固定c、n原子所需要的ti的百分含量應(yīng)盡量滿足，通過(guò)真空感應(yīng)熔煉得到鈦含量0.7%的鑄態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼，隨后再研究不同熱處理工藝對(duì)耐蝕性的影響，實(shí)驗(yàn)所定熱處理工藝見(jiàn)表1 ：表1. 熱處理工藝table 1 procedure of heat tre

6、atment試樣熱處理工藝0#原430未處理1#真空感應(yīng)熔煉（ti:0.7%）2#真空感應(yīng)熔煉（ti:0.7%）+固溶處理 ( 1050, 1 h,水冷)3#真空感應(yīng)熔煉（ti:0.7%）+固溶處理 ( 1050, 1 h,空冷)4#真空感應(yīng)熔煉（ti:0.7%）+固溶處理 ( 1050, 1 h,空冷)+穩(wěn)定化處理（900, 1.5 h,空冷）5#真空感應(yīng)熔煉（ti:0.7%）+固溶處理 ( 1050, 1 h,空冷) +穩(wěn)定化處理（900, 1.5 h,空冷）將不同熱處理后的試驗(yàn)鋼加工成5mm厚度為2mm薄片，分別進(jìn)行鑲嵌、磨制、拋光，用3.5%高氯化鐵(fecl3)進(jìn)行侵蝕至變色。用金相

7、顯微鏡觀察試樣并拍照，用顯微硬度計(jì)測(cè)試其硬度，并進(jìn)行sem觀察及eds分析。再取05#試驗(yàn)鋼分別用400#再用600#水砂紙打磨平整，室溫超聲10min以除去打磨時(shí)粘附在電極表面的研磨劑粒子，用水和無(wú)水乙醇清洗吹干待用。研究電極測(cè)試前依次用丙酮除油、無(wú)水乙醇潔凈其表面，電吹風(fēng)吹干。測(cè)試時(shí)采用三電極兩回路體系，試驗(yàn)介質(zhì)根據(jù)需要使用3.5%氯化鈉，參比電極為飽和甘汞電極（sce），輔助電極為表面積1cm2的貴金屬鉑片，研究電極為環(huán)氧樹(shù)脂封裝的直徑為5mm圓形試驗(yàn)鋼片（表面積為0.19625cm2）。為消除液接電勢(shì)和溶液電阻的影響，體系采用了魯金毛細(xì)管，毛細(xì)管的尖端要盡量靠近工作電極表面（約2mm）

8、，且毛細(xì)管的尖嘴與工作電極表面保持垂直。將研究電極置于試驗(yàn)介質(zhì)中靜置一段時(shí)間待其自腐蝕電位穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)試。從-0.5v，以10mv/min的電位掃描速率，掃至1.5v。進(jìn)行塔菲爾曲線的測(cè)量。2. 試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1 極化曲線測(cè)試結(jié)果圖1為經(jīng)過(guò)不同熱處理后試樣鋼的極化曲線。由圖可知，2#、4#試樣的極化曲線有明顯的鈍化區(qū)間存在，且2#的鈍化區(qū)間最大。在測(cè)定了不同熱處理后試驗(yàn)鋼的極化曲線和算出各個(gè)試驗(yàn)鋼的自腐蝕電位和腐蝕電流密度的基礎(chǔ)上，對(duì)不同熱處理方式對(duì)自腐蝕電位和腐蝕電流密度的影響進(jìn)行分析。圖2(a)為不同熱處理后試驗(yàn)鋼的自腐蝕電位變化規(guī)律。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)固溶處理（水冷）后的2#試樣自

9、腐蝕電位最正，為-0.037v。圖2(b)為不同熱處理后試驗(yàn)鋼的腐蝕電流密度的變化規(guī)律。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)固溶處理（水冷）后的2#試樣腐蝕電流密度最小，為2.567134a/cm2。自腐蝕電位表征了材料發(fā)生電化學(xué)腐蝕的傾圖1 不同熱處理工藝后430試驗(yàn)鋼的極化曲線fig.1 polarization curve of test steel with different heat treatment (a) (b)圖2 不同熱處理工藝后試驗(yàn)鋼自腐蝕電位及腐蝕電流密度變化曲線fig.2the curve of corrosion potential and corrosion current d

10、ensity of the test steel向，自腐蝕電位越正，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的傾向越小，腐蝕反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力越小。經(jīng)過(guò)固溶處理（水冷）后的2#試樣在3.5%氯化鈉(nacl)溶液中的熱力學(xué)穩(wěn)定性比其他鈦含量的固溶態(tài)試驗(yàn)鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性要高，即最不易發(fā)生腐蝕。腐蝕電流密度是表征腐蝕反應(yīng)快慢的物理量。腐蝕電流密度越小，腐蝕的速度就越慢，經(jīng)過(guò)固溶處理（水冷）后的2#試樣在3.5%氯化鈉(nacl)溶液中的熱力學(xué)穩(wěn)定性比其他鈦含量的固溶態(tài)試驗(yàn)鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性要高，即最不易發(fā)生腐蝕，并且腐蝕速率比其他含鈦量的固溶態(tài)試驗(yàn)鋼的腐蝕速率要低，即耐蝕性最好。2.2熱處理對(duì)耐蝕性影響的機(jī)理圖3為不同熱處理工藝后

11、430鐵素體不銹鋼金相組織，可以看出不同的熱處理工藝明顯改變了合金的顯微組織：原430未處理的0#樣中存在鐵素體和板條狀馬氏體雙相組織，且板條區(qū)域馬氏體成層狀分布，1#試樣通過(guò)真空感應(yīng)熔煉（ti:0.7%）加入鈦元素后無(wú)明顯的馬氏體區(qū)域，顆粒在晶粒內(nèi)部呈彌散分布。經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉+固溶處理后的2#和3#試樣使過(guò)剩相顆粒充分溶解到固溶體得到過(guò)飽和固溶體，減少了碳化鉻的析出，呈現(xiàn)較為均勻的顯微組織，使其耐蝕性有所提高。并且由于水冷的冷卻速度比空冷的冷卻速度稍快，使得2#試驗(yàn)鋼 (a)0# (b)1# (c)2# (d)3# (e)4# (f) 5#圖3 不同熱處理工藝后430鐵素體不銹鋼的顯微組織

12、照片fig.3 the microstructure of 430 ferritic stainless steel with different heat treatment 圖2 4#樣穩(wěn)定化處理后基體中顆粒sem照片及eds譜圖fig.4 sem morphology and eds of the particle in 4# sample after stabilization treatment表2 4#樣穩(wěn)定化處理后基體中顆粒成分table 2 the component of the particle in 4# sample after stabilization treatm

13、ent元素ticrfecn含量/wt%40.829.9235.9513.31/基體中固溶的合金元素較3#試驗(yàn)鋼基體中固溶的合金元素析出量要少。故2#試樣的耐蝕性更好。從能譜圖的碳氮含量來(lái)看，鈦與鋼中的氮碳進(jìn)行了較為完全的反應(yīng)。經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉+固溶處理+穩(wěn)定化處理后的4#和5#試樣由于碳化鈦顆粒在晶界和晶間的析出，影響了組織的均勻性。從而使其耐蝕性有所下降。 圖2為4#樣穩(wěn)定化處理后基體中顆粒的sem照片及能譜分析，顆粒成分如表2。相比于未經(jīng)穩(wěn)定化處理的試樣，4#樣顆粒中鐵和鉻的含量繼續(xù)下降說(shuō)明高鉻的碳化物和鐵的碳化物正在不斷的被鈦的碳化物所代替。從能譜圖的碳氮含量來(lái)看，鈦與鋼中的氮碳進(jìn)行了較

14、為完全的反應(yīng)。并且顆粒中的各元素比例基本滿足的要求。進(jìn)行維氏硬度測(cè)量，得到不同熱處理后試驗(yàn)鋼的硬度值如表3所示，分析可得，0#未處理的430鐵素體不銹鋼中由于含有板條狀馬氏體，硬度較大，1#試樣熔煉加入鈦元素后，由于碳氮等間隙元素被鈦所固定形成碳氮化鈦的顆粒彌散分布于基體中，使得基體中的碳氮等間隙元素含量大幅下降導(dǎo)致基體硬度大幅下降。2#和3#試樣經(jīng)過(guò)固溶處理使鈦固溶進(jìn)基體中，起到了固溶強(qiáng)化作用，使得基體的硬度有所上升。4#和5#試樣經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理，析出的碳化鈦顆粒呈彌散分布起到一定的彌散強(qiáng)化作用，基體的硬度進(jìn)一步上升。硬度值的變化也進(jìn)一步說(shuō)明了組織成分的變化對(duì)耐蝕性的影響。表3 試驗(yàn)鋼硬度值

15、與鈦含量之間的關(guān)系曲線table 3effect of different heat treatment on hardness試樣0#1#2#3#4#5#硬度/hv2761721971842021933. 結(jié)論（1）不同的熱處理工藝對(duì)430鐵素體不銹鋼的耐蝕性起著重要的作用，適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚹苡行Ц纳破淠臀g性能。（2）固溶處理使熔煉后的過(guò)剩相顆粒充分溶解到固溶體得到過(guò)飽和固溶體，減少了碳化鉻的析出，呈現(xiàn)較為均勻的顯微組織，從而提高了其耐蝕性。通過(guò)測(cè)試塔菲爾極化曲線，固溶處理（水冷）得到的試樣耐蝕性最好，其自腐蝕電位最正（-0.037v），腐蝕電流密度最小（2.567134a/cm2）。（3）穩(wěn)定化處理后的試樣從微觀組織形貌來(lái)看，碳化鈦顆粒在晶界和晶間的析出，雖然析出的碳化鈦顆粒呈彌散分布起到一定的彌散強(qiáng)化作用，提高了基體的硬度，但由于其影響了組織的均勻性，從而使其耐蝕性有所下降。參考文獻(xiàn)1肖紀(jì)美. 不銹鋼的金屬學(xué)問(wèn)題m . 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2006.2丁茹, 王伯健, 王成, 白鶴. 鐵素體不銹鋼的開(kāi)發(fā)研究j. 鋼鐵研究學(xué)報(bào)2009, 10: 1-43劉繼明. 合金元素對(duì)鐵素體不銹鋼抗腐蝕性能的影響j. 山西冶金, 2005, 4: 9-12.4溫軍國(guó), 鄭棄非 涂思京, 趙云豪, 李德富. 熱處理對(duì)鐵素體不銹鋼組織和性能的影響j. 稀有金屬, 200