Nb—Ti雙穩定化奧氏體不銹鋼06Cr18Ni11Ti耐腐蝕性研究

朱圓圓+易挺

摘 要：化學成分對不銹鋼耐腐蝕性具有很大影響，添加Nb和Ti元素能夠避免晶間腐蝕，極大提高耐腐蝕性。晶間腐蝕和點蝕實驗驗證Nb-Ti雙穩定化奧氏體不銹鋼耐腐蝕性很強。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼；晶間腐蝕；雙穩定化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.026

1 引言

06Cr18Ni11Ti不銹鋼產品在不同濃度、不同溫度的有機酸和無機酸中，尤其在氧化性介質中具有良好的耐磨蝕性能。在敏化溫度（450～850℃）再加熱或經過焊接時，不銹鋼在腐蝕介質的作用下就會發生晶間腐蝕。晶粒表面和內部間化學成分的差異以及晶界雜質或內應力的存在引起晶間腐蝕。晶間腐蝕發生后表面無腐蝕跡象，但晶粒間的結合力已遭到破壞。當受到應力作用時，就會沿晶界突發局部腐蝕斷裂[1]。晶間腐蝕嚴重影響了設備的安全性，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性研究尤為重要。

2 化學成分及耐腐蝕性實驗分析

2.1 化學成分分析

實測06Cr18Ni11Ti不銹鋼各元素的質量分數：Cr17.23%，C為0.03%， Ti為0.147%，Nb為0.22%，Si0.50%，Mn1.27% ，P0.021%，S0.004%，Ni9.12%，N0.013%。與國標和內控值對照，均符合要求。Cr是不銹鋼的主加元素，每種不銹鋼Cr的含量都必須大于13%[1]。鉻元素使不銹鋼表面形成一層無色透明的致密的鈍化膜，防止鋼的氧化，增強鋼的耐腐蝕性能。實測Cr的質量分數為17.23%，遠遠大于13%。晶間腐蝕原因是C與晶界處的Cr形成Cr23C6并析出，使晶界處Cr含量降低而造成“貧鉻”。Cr是抑制晶間腐蝕的主要元素之一，當晶界處的Cr含量低于12%時，發生晶間腐蝕的幾率就會變大[2-3]。不銹鋼抗晶間腐蝕的能力會隨C的含量降低而提高。C質量分數最好控制在0.08%以下，晶界處析出C越少形成Cr23C6碳化物機會就會隨之減少，不易在晶界處形成“貧鉻區”[1]。當C的質量分數大于0.08%時，晶間腐蝕產生的趨勢會顯著增加。實測C的質量分數為0.03%，屬于超低碳的奧氏體不銹鋼。由于Nb的成本很高，傳統的321只加Ti不加Nb。加入Ti可防止產生晶間腐蝕，但是Ti與氮和氧有較強的親和力，容易出現TiN、Ti（CN）、TiO2及高熔點鋁酸鹽聚集在鋼渣界面，使鋼液變得黏稠，鋼與渣難以分離，容易聚集到鑄坯表面或皮下形成夾渣[4]。減少TiN和TiO2夾雜的唯一途徑是降低Ti含量，降低Ti耐晶間腐蝕性降低，添加Nb可解決這一矛盾。各元素與C的親和力大小排序為：Ti、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn。Ti和Nb與C的親和力比Cr強，Ti和Nb優先與C形成Ti（CN）和Nb（CN），抑制Cr23C6或Cr7C3的形成，避免晶間腐蝕。Nb、Ti的添加是改善不銹鋼材料的綜合性能較為有效的措施之一，該理論在許多鋼種中均得到成功應用[5]。

2.2 06Cr18Ni11Ti不銹鋼鋼帶耐蝕性檢驗

2.2.1 晶間腐蝕試驗

對321酸洗板取樣進行10%草酸浸蝕試驗。試樣敏化處理方法： 650℃，保溫2h，空冷；試驗溶液10%草酸：純草酸 150 g；蒸餾水 1350 ml；試驗設備：a：直流電源； b：可變電阻器；c：電流表；d：陰極不銹鋼片；e：陽極試樣；實驗一：試樣檢驗面積：1.64cm2；試驗參數：電流1.6 A；實際電流密度1A/ cm2 ，浸蝕時間90S；溶液溫度31℃；實驗二：試樣檢驗面積：1.73cm2；試驗參數：電流1.7A，實際電流密度1A/ cm2 ，浸蝕時間90S；溶液溫度45℃。由試驗結果得知：選取的試驗溫度（分別約30℃和45℃）對晶間腐蝕影響不大；晶間腐蝕后的晶界形態為二類（混合組織）、凹坑組織為六類（凹坑組織I），說明奧氏體不銹鋼06Cr18Ni11Ti耐晶間腐蝕能力強。Nb與Ti有“固定”C的作用，有效防止晶間腐蝕。

2.2.2 點蝕試驗

按照GB/T 17897-1999不銹鋼三氯化鐵點腐蝕試驗取樣要求，06Cr18Ni11Ti不銹鋼酸洗板分別取三塊試樣（試樣一總面積0.00184988 m2；試樣二總面積0.00191386 m2；試樣三總面積0.00169931m2）。在6%FeCl3溶液中進行50℃、浸蝕24h試驗。通過計算得知，耐點蝕當量值為16.57。耐點蝕當量數值越高，表示耐蝕性能越好，但材質本身的夾雜物、表面狀態（劃痕、凹坑、粗糙度等）等因素對金屬耐點蝕性都有影響。腐蝕率：試樣一22.75g/（m2·h），試樣二22.33g/（m2·h），試樣三25.88g/（m2·h），三塊試樣平均腐蝕率為23.65g/（m2·h）大于耐點蝕當量值，說明06Cr18Ni11Ti耐點腐蝕能力較強。

3 結論

（1）不銹鋼中鉻元素的含量一般在13%以上耐腐蝕性較好。不銹鋼中C含量越低抗晶間腐蝕性越好。雙穩定化元素Ti和Nb能夠更有效地防止晶間腐蝕。

（2）06Cr18Ni11Ti鋼帶耐晶間腐蝕能力強，耐三氯化鐵點腐蝕能力較強。

參考文獻：

[1]張晶瑩.304奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的研究及防護[J].裝備制造技術，2012（02）：154-155.

[2]謝再晉.高校SMT實驗室焊膏測試的探索[J].焊接技術，2010，39（08）：42-45.

[3]吳豐順，陸俊，安兵.焊膏回流性能動態測試法及其應用[J].電子元件與材料，2004，23（06）：38-41.

[4]王松林，任秀鳳，劉守峰.06Cr18Ni11Ti奧氏體不銹鋼鍛件晶間腐蝕彎曲試樣微裂紋本質[J].金屬加工，2014（09）：100-102.

[5]Li Xin Study on the corrosion properties of 0Cr11 ferritic stainless steel[J].Baosteel Technical Research ，2010，4（01）：53-55.