雙相不銹鋼鐵素體含量對腐蝕性的影響劉寶劍王洲要點(diǎn)

1、XXXXXXXXX公司雙相不銹鋼鐵素體含量對腐蝕性的影響XXX摘要3引言3正文41雙相不銹鋼的定義及分類 42.雙相不銹鋼鐵素體含量的測量與分析 42.1化學(xué)成分對雙相不銹鋼中鐵素體含量的影響52.2熱處理對雙相不銹鋼中鐵素體含量的影響 .63鐵素體含量對雙相不銹鋼腐蝕性的影響 73.1而寸全面腐蝕性能83.2耐晶間腐蝕性能 83.3耐應(yīng)力腐蝕開裂性能 93.4耐點(diǎn)腐蝕性能94實(shí)驗(yàn)方案104.1點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)104.2全面腐蝕實(shí)驗(yàn)114結(jié)論115結(jié)束語11摘要雙相不銹鋼在以其良好的耐蝕性越來越受到更多的重視，本文 通過對雙相不銹鋼鐵素體含量對耐全面腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、 點(diǎn)蝕的影響的探究，發(fā)現(xiàn)雙

2、相不銹鋼中鐵素體含量在 50%左右時具有 最好的耐蝕性，期望通過本文研究對實(shí)際生產(chǎn)能產(chǎn)生幫助。 關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼鐵素體合金元素?zé)崽幚砟臀g性 引言近十年多來，由于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛躍發(fā)展， 雙相不銹鋼越來越 被人們所重視。主要原因?yàn)椋菏紫葌鹘y(tǒng)的奧氏體不銹鋼經(jīng)常遭到晶間 腐蝕、應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等各種腐蝕和破壞。而在這方面人 們對雙相不銹鋼又有了新的認(rèn)識，雙相不銹鋼在上述各腐蝕類型中表 現(xiàn)出極強(qiáng)的抗腐蝕能力。其次，雙相不銹鋼有極好的力學(xué)性能，其強(qiáng)度為一般奧氏體不銹鋼的兩倍，且有良好的韌性，根據(jù)其強(qiáng)度高的 優(yōu)點(diǎn)，可通過 降低產(chǎn)品厚度來降低產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。目前，國 際上雙相不銹鋼廣泛應(yīng)用于

3、石油化工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、紙漿和造紙工業(yè)、 建筑業(yè)等幾大領(lǐng)域。國內(nèi)由于起步較晚，在研究、生產(chǎn)和應(yīng)用中也相 對落后。國內(nèi)雙相不銹鋼的使用是有一定局限性的， 像國外大量使用 雙相不銹鋼的諸如紙漿和造紙工業(yè)、油氣工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、甚至建筑業(yè) 幾個大的領(lǐng)域我們涉及得不多，有的還只是剛剛開始。我廠目前在容器堆焊的不銹鋼多為奧氏體不銹鋼， 但雙相不銹鋼 在耐腐蝕壓力容器設(shè)備中被應(yīng)用得越來越廣泛，雙相不銹鋼及其復(fù)合 板制造壓力容器的技術(shù)也逐漸成熟。隨著我廠的不斷發(fā)展將來會接觸 到此類產(chǎn)品的訂單，因此研究雙相不銹鋼中鐵素體含量對腐蝕的影響 對我廠以后生產(chǎn)雙相不銹鋼壓力容器中有重要的意義。正文1雙相不銹鋼的定義及分類雙相

4、不銹鋼是在18-8奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上，提高Cr含量或者加 入其他鐵素體元素，使鋼具有奧氏體加鐵素體雙向組織，每一相含量均在30%-70%之間。它在一定程度上兼有奧氏體和鐵索體鋼的特征： 具有較高的強(qiáng)度（尤其是屈服強(qiáng)度）和導(dǎo)熱性，良好的加工性和焊接性， 較低的線膨脹系數(shù)和焊接熱裂傾向；同時具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕和腐 蝕疲勞抗力，是一種極具成本效益的工程材料形成的。雙相不銹鋼主要可分為兩大類，一類是 Cr-Ni系雙相不銹鋼，這 類鋼是以鐵素體為基的雙相不銹鋼，按照含鉻量的多少，又可分Crl8型，女口、（3RE60）、Cr21 型 OOCNisMo? （2205 鋼）和 Cr25 型如 00Cr25

5、Ni7Mo2 （2507鋼），其主要特點(diǎn)是含有較高的鉻和較低的鎳含； 另一類是Cr-Mn-N雙相不銹鋼（含Cr-Mn-Ni-N）系，這類鋼是以奧氏體 為基的雙相不銹鋼，0CgMnl3M02N、1Cr18Mn 10M5M03N以及 1CbMn9M4M03CU2N等，其成分特點(diǎn)是含鎳量低，且含有較高的氮。2雙相不銹鋼鐵素體含量的測量與分析雙相不銹鋼擁有何樣的性能同 a（鐵索體）和丫 （奧氏體）相的平衡 比例有很大關(guān)系。鎳和氮在奧氏體相中較多、鉬和鉻在鐵素體相中較 多。通過調(diào)節(jié)雙相不銹鋼的化學(xué)成分和選擇合理的熱處工藝實(shí)現(xiàn)雙相 不銹鋼中鐵素體與奧氏體兩相的比例鐵素體含量測定的方法，主要包括磁測法、金相

6、法和化學(xué)分析法。 2.1化學(xué)成分對雙相不銹鋼中鐵素體含量的影響本文中利用化學(xué)分析法的 Schaefier組織圖分析雙相不銹鋼的成 分對鐵素體含量影響。Schaefier將合金元素分為奧氏體形成元素和鐵 素體形成元素兩類，并按照其形成能力的大小折算 成鎳當(dāng)量和鉻當(dāng) 量。其當(dāng)量計算公式為：鉻當(dāng)量二Cr%+Mo%+1爲(wèi)Si % +0.5 x Nb%鎳 當(dāng)量 =Ni%+30< C%+O.X Mn%如表2-1是典型不銹鋼的化學(xué)成分，圖2-1為幾種實(shí)用雙相不銹鋼 材料在利用Schaefie組織圖確定其鐵素體含量。表2-1部分雙相不銹鋼的牌號及化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鋼號CCrNiMoMnSiN其他3RE

7、600.0318.54.92.7w 2.0一0.07一Ur a nus500.0421.56.51.5一一0.10Cu:1.0-2.0SA F22050.0322.05.53.0w 2.0w 0.80.14一DP30.0325.06.53.5W:0.4一Cu:0.20-0.8 00Cr21Ni6Mo2Ti0.0821.07.52.00.80.08Ti:0.2-0.40Cr21Ni5Ti0.0622.05.8一w 0.8w 0.8Ti:5SA F25070.0325.57.04.5一一0.28Cu: 0.50SUS.S32750400.0325.07.63.01.20.80.28Cu: 0.80

8、0Cr26Ni5Mo3w 0.0826.55.03.0w 1.51.0一2S2420咽i泄16 N12840481216 20 24 2H 32 36 40C小址圖2-1實(shí)用雙相不銹鋼在 Cr-Ni當(dāng)量圖中的分布2.2熱處理對雙相不銹鋼中鐵素體含量的影響圖2-2是雙相不銹鋼在不同熱處理制度下鐵素體含量的變化的情況。雙相不銹鋼的試樣分別在 850C、900C、950C、1000C、1050C、1070C、1100C、1150C、1180C下保溫30分鐘后水冷處理，然后采用金相測定標(biāo)準(zhǔn) A STM E562測定鐵素體的含量。從圖2-2中還可知，成分的變化明顯地影響著鐵素體相的含量。雙相不銹鋼合適的

9、熱處理溫度為 1050、1100C,其鐵素體含量在50 %左右，其金相圖如圖2-3所示。&sroo溫度/(D圖2-1不同熱處理下鐵素體含量的變化圖2-3鐵素體含量在50 %時金相圖3鐵素體含量對雙相不銹鋼腐蝕性的影響腐蝕有兩種主要形式：一種是全面腐蝕，另一種是局部腐蝕。全面腐蝕在實(shí)際生產(chǎn)中可以預(yù)測其腐蝕速率， 危害較??；而局部腐蝕不 可預(yù)測，危害很大。本文主要討論了鐵素體含量對全面腐蝕和局部腐 蝕中晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕的影響。3.1耐全面腐蝕性能眾所周知，異相共存易形成微電池并加速腐蝕，但雙相不銹鋼， 卻很少發(fā)生這種腐蝕。這是因?yàn)樵陔p相不銹鋼中含有較高的鉻和一定 量的鎳、鉬、銅等元

10、素，在一定溫度下，鋼中固溶的元素在兩相的分 布相應(yīng)地平衡，而且還與相比例有關(guān)。雙相不銹鋼的耐蝕性，主要取 決于鈍化元素的含量及在兩相中的配比。 不銹鋼在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中可能 呈現(xiàn)全面腐蝕。因全面腐蝕危害性較小，查到相關(guān)資料較少，后文設(shè) 計實(shí)驗(yàn)測定雙相不銹鋼中鐵素體含量對其影響。3.2耐晶間腐蝕性能與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼對晶間腐蝕敏感性小，具有優(yōu) 良的耐晶間腐蝕性能。這與存在均勻分布的鐵素體相有關(guān)。一般來說， 奧氏體形成元素，如碳、氮、鎳等多富集于相中；而鐵素體形成元素， 如鉻、鋁等多富集于 相中。當(dāng)敏化加熱時，富鉻的碳化物 （CgCQ 優(yōu)先在于 相界相的一側(cè)析出，鉻在鐵素體相中含量高，擴(kuò)散

11、速度快， 析出碳化鉻所造成的貧鉻區(qū)很快得到鉻的補(bǔ)充而容易消除。由貧鉻區(qū)造成的晶問腐蝕也就減少，以至于不發(fā)生。雙相不銹鋼產(chǎn)生晶界腐蝕的程度還與兩相的比例有關(guān)。當(dāng)鐵索 體量不大時，相以弧島狀被奧氏體晶粒所包圍，即使被腐蝕也因相互 未能連接成網(wǎng)絡(luò)不致造成更大的危險。 隨著彌散鐵素體量的增加，晶 界總面積提高（相對降低了晶間碳化物析出濃度 ）和鐵素體相界及其 內(nèi)側(cè)能夠吸收更多的碳化物，當(dāng)達(dá)到一定的極限相含量以上時， 可以 消除晶間腐蝕傾向。但當(dāng)鐵素體相含量過多，呈連續(xù)網(wǎng)絡(luò)狀分布。則其抗晶問腐蝕能力變差。因此，控制適宜的兩相比例，防止相聚集長 大和采取正確的熱處理工藝是十分重要的。3.3耐應(yīng)力腐蝕開裂性

12、能與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼具有更高的耐應(yīng)力腐蝕開裂性 能是其另一優(yōu)點(diǎn)。雙相銹鋼耐應(yīng)力腐蝕開裂性能，隨鐵素體含量的增 加而提咼，在約含50%鐵素體相時斷裂敏感性最小。國內(nèi)外多數(shù)實(shí)用的耐應(yīng)力腐蝕雙相不銹鋼屬于鐵素體-奧氏體類型，過高的鐵素體含量，會顯示出高鉻鐵索體不銹鋼的固有缺點(diǎn)。雙相不銹鋼耐氯化物應(yīng)力腐蝕開裂性能。雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕開裂的 特點(diǎn)可以做如下解釋：1）雙相不銹鋼具有比奧氏體不銹鋼更高的屈服強(qiáng)度， 因此它在腐蝕環(huán)境中所能承受的斷裂應(yīng)力也相應(yīng)提高；2）第二相的存在對裂紋的擴(kuò)展有機(jī)械阻礙作用。如裂紋起源于奧氏體基體，一旦擴(kuò)展到鐵素體相，在低應(yīng)力作用下，鐵素體 內(nèi)難以產(chǎn)生滑移，裂紋的

13、擴(kuò)展被阻止；而在高應(yīng)力作用下， 裂紋容易貫穿鐵素體相，失去阻礙效果；3）鐵素體相比奧氏體相電位較負(fù)，對奧氏體起了電化學(xué)犧牲陽極保護(hù)作用。3.4耐點(diǎn)腐蝕性能點(diǎn)蝕的腐蝕機(jī)理歸納起來主要分為三個階段：導(dǎo)致鈍化膜破裂的 過程、蝕坑的成核及蝕坑的早期生長、蝕坑的穩(wěn)態(tài)生長。導(dǎo)致鈍化膜 的破裂有很多解釋，一般認(rèn)為金屬表面鈍化膜本身就是不均勻的， 總是存在各種各樣的不完整性，并且處于鈍態(tài)的金屬仍有一定的反應(yīng)能 力，鈍化膜的溶解和修復(fù)（再鈍化）處于動態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)介質(zhì)中存 在侵蝕性陰離子時，平衡即被破壞，使溶解占優(yōu)勢。雙相不銹鋼的點(diǎn)蝕性能主要受合金元素和相比例的影響，Cr是雙相不銹鋼的主要合金元素，它主要使雙相

14、不銹鋼易鈍化，同時保持 鈍化膜的穩(wěn)定性，并增強(qiáng)鈍化膜破壞后的修復(fù)能力，這是雙相不銹鋼 耐點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)。但在某些強(qiáng)氧化性酸和一些還原性介質(zhì)中， 單純依靠 Cr不足以保持良好的耐點(diǎn)蝕性，有必要添加抑制陽極溶解的元素如 Ni、Mo、Si等。Ni是形成奧氏體和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，主要是通 過與其它元素配合來控制金屬組織結(jié)構(gòu)來保證耐點(diǎn)蝕性。Mo在鋼中加入 能顯著提高耐點(diǎn)蝕性能，它主要在溶液中形成，極易優(yōu)先被鈍 化膜破壞區(qū)吸附，阻止與Cl離子的接觸，并提高鈍化膜的穩(wěn)定性。N 同樣是形成奧氏體和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，在鋼中加人N后，N溶入介質(zhì)中形成，被鈍化膜破壞處的吸附，從而起穩(wěn)定 的作用，達(dá)到提高耐點(diǎn)蝕性。近

15、年來的研究發(fā)現(xiàn)，Ni、N可以與富Cr、Mo的鐵素體相取得平衡，保持雙相鋼的耐點(diǎn)蝕性能，保證鋼中的兩相各占約 50%左右。因此鐵素體含量在50%附近時可保證不銹鋼有較好耐點(diǎn) 蝕性。4實(shí)驗(yàn)方案4.1點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料雙相不銹鋼00C25Ni7Mo4N為例。其不同熱處理工藝鐵 素體含量變化如圖2-2所示，分別取經(jīng)1150C、1070C、1050C、1000C熱處理試樣中取樣，試樣采用線切割加工成的30mrtK 20mn¥ 2mm大小，每個溫度各取三塊試樣，表面不經(jīng)打磨， 測試原始表面。遵照國標(biāo)17897-1999配制6%的FeCb溶液，溶液溫 度50C，試驗(yàn)周期24小時。比較試驗(yàn)前后的鋼板變

16、面的腐蝕情況。4.2全面腐蝕實(shí)驗(yàn)分別取經(jīng)1150C、1070C、1050C、1000C熱處理后雙相不銹鋼00C25Ni7Mo4N試樣，試樣采用線切割加工成的20mn¥ 10mm< 2mm 大小，每個溫度各取三塊試樣，表面不經(jīng)打磨，配制5%的硫酸溶液， 溶液沸騰，試驗(yàn)周期1周。測量實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量變化，比較腐蝕速率。4結(jié)論1）雙相不銹鋼中鐵素體含量通過材料的化學(xué)分和熱處理工藝調(diào)節(jié)。2）雙相不銹鋼中鐵素體含量對耐全面腐蝕的影響有待實(shí)驗(yàn)分析。3）雙相不銹鋼鐵素體含量對耐晶間腐蝕性的影響：隨鐵素體含量的增加，耐腐蝕性先增加后降低，存在最優(yōu)比值。4） 雙相不銹鋼中鐵素體含量對耐應(yīng)力腐蝕的影響：隨鐵素體含量 的增加而提高，在約含50%鐵素體相時斷裂敏感性最小。5）雙相不銹鋼中鐵素體含量對耐點(diǎn)蝕的影響:50%附近時可保證不銹鋼有較好耐點(diǎn)蝕性。結(jié)論待驗(yàn)證。5結(jié)束語石油化工設(shè)備由于中強(qiáng)酸強(qiáng)堿造成的局部點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕以及孔穴式腐蝕現(xiàn)象一般不銹鋼難以勝任，雙相不銹鋼具有很強(qiáng)的各類抗腐蝕性能，還具有很好的強(qiáng)度和韌性，將會越來越多的在生產(chǎn)中使用。 西氣東輸工程西起塔里木盆地的集氣管線考慮要用雙相不銹鋼焊管。 在南京，鎮(zhèn)海，天津，濟(jì)南等煉化公司，雙相不銹鋼多集中用在常減 壓蒸餾塔的塔頂襯里（或復(fù)合板）、塔內(nèi)構(gòu)件、空冷器和水冷器等