阀门用耐蚀双相不锈钢.pdf

年第期 阀 门用耐蚀双相 不锈钢 大连理工大学秦紫瑞 大连耐酸泵厂郭珊 摘要采用多种试脸 方法研究了衬介质腐蚀的阀门 用新型双相不锈钢的组织与 化学成 分 , 分析了均匀腐蚀 、 晶间腐性与点蚀的原因 , 与常用 的与奥氏休不锈 钢 及钢 进行 了性 能对比 。 叙词耐腐蚀阀不锈钢 一 、 月台 奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能及综合 性能 , 应 用广泛 。 但是 , 随着近代石油化工 、 海洋 工程 、 核 工 程 化学等新兴工业的发展以 及环境 的污 染 , 奥氏体不 锈钢设备如阀门 、 泵及管道 等 , 因局部腐蚀 失效事例增 多 。 由于 局部腐蚀的 预 测 和监控比较 困难 , 事故往 往在 突 然情况下 发生 , 因此它是 一种危险性很大的腐蚀失效 。 本 文研制 的新型钢是 由和 丫两相组成的双相不 锈钢 , 它兼有 奥 氏体不 锈钢与铁素体不锈 钢两 类钢 的优 点 , 又可 弥 补 两 者的不足 , 其 成本较 低 , 是适宜的耐局部腐蚀的不锈钢 。 二 、 显微组织与化学成分 显微组织 新型铸造 不锈钢的显微组 织是 在铁素体 基体上分 散适 丝 的奥氏体 丫 , 根据性能的要求 , 可调整 〔, 与 丫 的组成比 。 这种铁素体 一 奥 氏体双 相不锈钢既具 有奥氏体钢 的塑韧性与可焊性 又有铁素体钢的强度与抗 晶间腐蚀和抗 点蚀能 力 。 这是由于双相组织增加 了晶界与相界面积 , 可避免在晶 间 形 成 连 续的晶 界 碳 化 物等沉淀 物 , 从而可保证该钢具有 优良的耐局 部腐蚀性 能 。 化学成分 含 量的确定 是 不锈钢获 得耐蚀性 的基本合金 元素 , 在氧化性 介质中 , 能 使钢表面 生成稳 定而致密的保护膜 , 以此 产生钝 化效应 , 阻止钢 进 一步腐 蚀 , 其耐蚀性按 照规律提 高 。 此 外 , 能有效地提高钢的点蚀电位值 , 降低钢对 点蚀的敏感性 。 当和 。 配合使用时 , 抗点蚀 效果 更好 。 为此 , 确定钢的含 量为 。 含量的确定 。 对提 高 一 钢 的抗点蚀效 果十分明 显 , 不锈钢的点蚀 电位是 、 。 和等合 金元素含量 的函数 , 即 。 。 对于含有较高和 。 且不含的不 锈钢 , 是以耐 点蚀 当量 一 。 来评 价其相应的抗 点蚀能 力 , 可见 。 对提高 钢的抗点蚀能力是的倍 。 由于 。 的价 格昂贵 , 在保证其耐点蚀性能的前提下 , 确定其 含量为 。 含量的确 定 对点蚀 电位的提 高比和 。 小 , 但 是不锈钢再钝化的有效元素 , 即钝化膜一旦被 破环 , 含钢修复能 力强 。 为了得到稳定而 良 好的耐蚀性能 , 并使钢在铁素体的基体上分布 适量奥氏体 , 确定含量为 。 月 含量的确定 少量加入钢中可有效地提高钢的耐蚀 性 。 、 和配合加入钢 中 , 可促进和 的钝 化作用 。 抑制钝 化膜的还 原溶解 , 提高 膜的稳定性 。 但是在钢中的溶解度有限 , 为 此确定含量为 一 。 含量 的确 定 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年第 一期 由于与易形成一系列的碳化物 , 致使 基体特别是 晶 界附近含量 降低 , 当其 低于 临界限时 , 便会发生 晶间腐蚀 。 碳化物也 会破坏钝化膜的连续性 , 使钢的点蚀倾向增 大 。 因此 , 钢的含碳量越低越好 。 根据冶炼和实际生 产的可行性 , 确定钢中的含量成 。 三 、 钢的冶炼 试验钢的冶炼在的 中频感应电炉中 进 行 , 金属炉料为 自制 的工业纯 铁 , 及金 属 铬 、 金属钥 、 电解镍 、 电解铜 、 金 属锰 、 肠硅铁和锰 铁等 , 脱氧剂采用粉和粉的混合剂 。 由 于新型钢含有较 高的 , 易与氧 结合生 成 , 致使烧损较大 。 此外该钢 中又含有较 高的镍 , 使其在冶炼过 程 中极 易吸氢 , 液态时吸 收大量的氢气 , 在凝 固过 程中析 出 , 会使铸件产 生气孔而报废 。 为此 , 在冶炼过程 中采取 了先后 不同的加料次序 、 大功率冶炼 、 熔渣保护及脱氧 还 原等一 系列措施 , 从而 获 得 了高 质量的试验 钢 化学成分见表 。 各种试验钢均 浇注 了中 耐蚀性试棒 。 表试验钢的化学成分 后 , 粗大的铸态组织得以细化和均匀化 。 图的 射线衍射仪分析相结 构结果表明 , 两相组织 为 丫 组成 , 即在基体上 存 在 一 定 量的 丫 相 , 固溶化处理 后 , 丫 相有减少的趋 向 。 对比钢 均为奥 氏体不锈钢 , 其上析 出有不等量 的铁 素体和少量的碳化物 。 通过电子探针对合金元 素在新型钢两相中的分布进行了定量分析 , 每 一相任选三点 , 最后取三 点的算术平均 值 , 其 相和 丫相的化学成分见表 。 表新型钢两相的相成分 元素 丫 钢 号 新型钢 、 几 讥 八工二︶ 卜 曹 ’ 算 ‘ 其余为铁 为 了保证 试 验钢具有良好 的 耐蚀性 , 除 采用 义 水 冷处理外 , 其余三种钢 均采用 义 水冷 固溶处理 , 以使其 碳 化 物和金属 间相能 全部 固溶于基体 中 。 为了进 行 实验室的晶间腐蚀 试验 , 以保证用干生产的 可 靠性 , 晶 间腐蚀 用试块 采用敏 化处理 又 空冷 , 使其在敏化温 度 下钢中的碳 化物 和 金属间相充分析出 。 试验钢的固溶处理与敏化 处理是在箱式自动控温的 电炉中进行 。 四 、 试验 , 金相组织 采用金相显微镜观察各试验钢的 金相组 织 , 新型铸造双相不锈钢 的铸态组织粗大 , 两 相 分布不均 匀 , 形态不规则 。 该钢经 固溶 化处理 口 峪 划新塑双们不锈钢射线衍射苦 铸态固溶态 由表可见 , 各种合金元素在固溶 化处理 的新型钢两相中的分布是不同的 。 铁素体形成 元素和 。 在相 中富集 , 而奥氏体形成元 素和在 丫 相中富集 。 均匀腐蚀 试验介质为 , 采用分 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 一一 年第期 析纯试剂及去离子水配制 , 腐蚀率用 浸泡实验 失重法测得 , 温 度 , 采 用恒温 水浴控制 , 浸 泡时间为小时 。 试验结果为三个试样 的平均 值 表 。 表试验钢的均匀腐蚀试验结果 钢号 腐蚀 条件 腐蚀结果 介质及浓度温度 ℃ 腐蚀速度等级 新型钢 一。 。 由表可以看 出 , 研制的新型铸造双相不锈 钢与的耐均匀腐蚀性能相 当 。 这是由于新 型钢 中含有较高的和 。 , 较低的 , 钝化能 力强 , 在钢 的表 面可形成含有和 。 的氧化 物薄膜 , 均匀 而致 密 , 具有良好的保护作用 , 致 使钢的腐蚀速 度较 小 , 而且和元素富集 于膜的底部 , 进一步提高了膜的稳定性 。 钢 与新型双相钢相比较 , 虽然低但 。 高 , 由于 和 。 较 昂贵 , 所以钢的成 本高于新型 钢 。 晶间腐蚀 各试验钢经敏化处理 后的试棒加工出试样 尺寸为的试 片 , 在其一面焊上导 线 , 对面 留 出试验表 面 , 其余部 分 均 用聚 苯乙烯 镶嵌 , 将试验表面抛 光 , 用 丙酮脱脂 , 然 后进行草酸 电解浸蚀晶间腐蚀试验图 。 在烧杯 中放入写草酸溶液 , 以试 样 为阳 极 , 铂为阴极 , 接通 电路后 , 按试样上 八 耐的 电流 密 度通 电秒 , 然后将试 样 冲净 并吹干 , 在金相显 微镜下观察试样的浸蚀部 位 。 各试验 钢的抗晶间腐蚀能 力从强到 弱 的次 序 为新型双 相钢钢 , 这是 由于新 型钢 含有很 低的和 较高 的 , 不 会 形成 低于 限的贫区 , 同时由于 双相 钢 的特点 , 除晶界外还 有许多相界 , 这样 更不 能 形成连 续 在碳化物沿晶界分布的趋势 , 而且沉淀量少 , 分 布均 匀 , 此外双相钢晶粒 细化也是一 个有益的 因素 。 点蚀试验 试验钢的点蚀试验采用 一 不 锈钢三氯化铁腐蚀试验方法 。 试验介质为 溶液 。 配制 , 试 验温度 士 , 采用恒温水浴保持 该温度 , 试验时间为小时 。 试样在溶液中采 用试样架水平支撑 , 每一试验容器内放三片同 一钢种平行试样 , 试验溶液量不少于 。 试验后用清水快速冲洗试样 , 并去除腐蚀产物 , 用失重法计算点腐蚀率 。 由表可知新型双相 钢的抗点蚀性能最好 。 菌 烧杯 流电源 图 试件 电解浸蚀装置 阴极变阻器电流计直 表试验钢的点蚀结果 钢 号试验介质温度时间点蚀率 , 新型钢 写 一 。 五 、 结论 新 型铸造双相不锈钢经水冷固溶 化处理 后 , 其组 织为在铁素体基体上分布有适 量的奥氏体 , 热 处理 后组织 明显细化与均匀化 。 在温度为的复合介 质中 , 具有优 良的耐均匀腐蚀性能 。 经草酸法 电 解浸蚀试验结果表明 , 具有良好的抗晶间腐蚀 能力 。 从三氯化铁中的点蚀试验结果看 , 新型钢 具有比含 。 高的钢更好的抗点蚀性能 。 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.