304L不銹鋼管和321不銹鋼管耐腐蝕性能研究

 浙江至德鋼業有限公司通過電化學和化學浸泡法分析了304L不銹鋼管和321不銹鋼管耐點腐蝕和晶間腐蝕性能。結果表明:304L不銹鋼管擊穿電位Eb較高，Eb-Ep較大，304L不銹鋼管抗點腐蝕能力強于321不銹鋼管，但是鈍化膜破壞后修復能力要弱于321不銹鋼管。晶間腐蝕浸泡試驗中321不銹鋼管晶界腐蝕較深，勾畫出了完整的晶界，而304L不銹鋼管的晶界腐蝕總體上輕微，這看不到完整的晶界輪廓,這表明，304L不銹鋼管在耐晶間腐蝕領域使用時可代替321不銹鋼管。

 304L不銹鋼管和321不銹鋼管同屬18-8型奧氏體不銹鋼，廣泛應用于能源、石油、化工、造紙、船舶和軍事等領域。由于富鉻碳化物的析出會造成304不銹鋼管等焊后晶間腐蝕的傾向，通常通過降低鋼中碳含量(0.03%以下)和加入強碳化物形成元素(鈦、鈮)來控制。304L不銹鋼管是在304不銹鋼管基礎上通過降低鋼中的碳含量達到提高合金耐腐蝕性的目的。321不銹鋼管是在304不銹鋼管基礎上加入鈦元素，由于鈦和碳的親和力大，鋼中的碳首先與鈦形成TiC，抑制了鉻與碳元素形成碳化鉻而造成的貧鉻問題，從而提高321不銹鋼管的耐蝕性能。由于321等含鈦鋼中氮化鈦、碳氮化鈦等的析出對帶鋼表面質量會造成不良影響，以及澆鑄水口由于氮化鈦、碳氮化鈦等析出而造成的結瘤等問題，國外發達國家已經由超低碳奧氏體不銹鋼逐步取代321不銹鋼管，而我國目前還在大量應用321等含鈦不銹鋼。鑒于此，至德鋼業擬對304L不銹鋼管和321奧氏體不銹鋼的耐點腐蝕和晶間腐蝕性能進行對比研究。

一、試驗材料與方法

 實驗所用材料為退火態304L不銹鋼管和321奧氏體不銹鋼，二者化學成分如表1所示，主要區別在于304L不銹鋼管具有更低的碳含量，而321不銹鋼管中添加了鈦元素。兩種試驗用鋼的冶煉工藝：電爐→氬氧脫碳轉爐(AOD)→LF爐精煉→連鑄；軋制工藝：加熱爐→中厚板軋制→固溶處理→洗處理→入庫。

 采用電化學測試法和化學浸泡法對比研究了304L不銹鋼管和321不銹鋼管的耐點蝕和晶間腐蝕的性能。點腐蝕電化學分析樣品經超聲波清洗烘干后，點焊機焊接導線，環氧樹脂封裝，固化后用砂紙濕磨至1200目，用硅橡膠密封試樣與環氧樹脂連接處縫隙。點蝕的電化學分析在CS350電化學工作站進行，電解質為3.5%NaCl，采用三電極系統，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極。動電位掃描速率為0.6mV/s，30℃水浴恒溫。晶間腐蝕的試樣加工前經敏化處理，敏化溫度為650℃，保溫120分鐘。晶間腐蝕的化學浸泡試驗在65%的硝溶液中進行，試樣置于硝溶液中保持微沸狀態48小時，試驗結束后流水沖洗，然后在酒精中用超聲波清洗后取出烘干，共計三個周期，以失重腐蝕速率和晶間腐蝕形貌評價其耐晶間腐蝕性能。同時，將材料加工成尺寸為25mm×85mm×5mm的試樣，經打磨后將試樣置于硫-硫銅溶液中保持微沸狀態16小時。試驗結束后用流水沖洗，然后在酒精中用超聲波清洗后取出烘干。將干燥冷卻后的試樣進行彎曲試驗，冷彎角度180°，彎心5mm，將彎曲后的試樣在顯微鏡下觀察外表面有無因晶間腐蝕而產生的裂紋。

二、結果與討論

 1. 試樣的金相組織

  304L不銹鋼管和321不銹鋼管金相組織如圖所示?？煽闯?，304L不銹鋼管和321不銹鋼管基體均為奧氏體組織，基體上分布著少量碳化物，以及沿軋制方向分布的少量條狀鐵素體。

 2. 點蝕試驗

  304L不銹鋼管和321不銹鋼管點腐蝕的電化學試驗結果如圖所示，表為具體的電化學參數。擊穿電位Eb代表抗點腐蝕能力，Eb越高，抗點腐蝕能力越強。Ep為保護電位，Eb-Ep代表修復能力，Eb-Ep越小，鈍化膜破壞后修復能力越好。如表所示，304L不銹鋼管的點蝕電位高于321不銹鋼管，表明其抗點腐蝕能力強于321不銹鋼管，但是304L不銹鋼管 Eb-Ep高于321，表明其鈍化膜修復能力要弱于321，原因可能是321不銹鋼中添加了鈦元素生成碳化鈦等析出相所致。

 3. 晶間腐蝕實驗

 304L不銹鋼管和321不銹鋼管在硫-硫銅溶液中保持微沸狀態16小時后沖洗、烘干，將干燥冷卻后的試樣進行冷彎試驗，結果表明,彎曲后的試樣外表面均無裂紋產生。在硝溶液中浸泡腐蝕的結果如表所示，304L不銹鋼管腐蝕失重相對穩定，而321腐蝕失重隨周期的增加而明顯增大，在整個過程中，304L不銹鋼管失重明顯小于321不銹鋼。

  晶間腐蝕試驗后的組織如圖所示?？煽闯?，321不銹鋼管發生了晶間腐蝕，晶界腐蝕較深，勾畫出了完整的晶界；而304L不銹鋼管的晶界腐蝕總體上較輕微，看不到完整的晶界輪廓，腐蝕后的組織和腐蝕速率結果相一致。

  由以上結果知，304L不銹鋼管抗點腐蝕能力強于321，尤其是耐晶間腐蝕性能優秀，可以替代321作為耐晶間腐蝕材料使用。304L不銹鋼管較好的耐腐蝕性能主要歸功于其較低的碳含量。

三、結論

 1. 304L不銹鋼管擊穿電位Eb高于321不銹鋼管，但是304L不銹鋼管的Eb-Ep較大，表明304L不銹鋼管抗點腐蝕能力強于321，但鈍化膜破壞后修復能力要弱于321。

 2. 晶間腐蝕浸泡試驗表明敏化處理的321不銹鋼發生了典型的晶間腐蝕，晶界腐蝕較深，勾畫出了完整的晶界；而304L不銹鋼管的晶界腐蝕總體上輕微，看不到完整的晶界輪廓，304L不銹鋼管和321不銹鋼管耐晶界腐蝕性的差異主要歸因于304L較低的碳含量。