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0528TP321不銹鋼無縫鋼管晶間腐蝕問題研究

作者:bet36体育网站已浏览: 172次 日期:2020-05-28

bet36体育网站對影響TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能的因素進行分析,從化學成分、金相組織、工藝流程、熱處理制度等方面研究可能導致耐蝕性降低的原因,并采取措施消除不利影響。通過一系列改進措施,將TP321不銹鋼無縫鋼管晶間腐蝕試驗一次合格率提高至95%以上,bet36体育网站解決了TP321不銹鋼無縫鋼管生產中的重要問題。

bet36体育网站不銹鋼的晶間腐蝕是一種腐蝕破壞現象,bet36体育网站表現為晶粒間喪失結合力,以致材料的強度變差。對于晶間腐蝕的產生原因有許多不同的理論,bet36体育网站如晶界吸附理論、貧鉻理論、沉淀相亞穩論、亞穩相溶解理論、應力論、沉淀相形貌論和腐蝕電化學理論等。

貧鉻理論是最早提出的且又被廣泛接受的理論。對18-8型奧氏體不銹鋼,晶界處的晶格是不完整的,有利于金屬原子的擴散;在晶粒間界及其鄰近區域的鉻會由于碳化物Cr2aC6在晶界的沉淀而發生貧乏現象,造成晶界周圍出現貧鉻區,當Cr濃度降低至12%左右時,在某些腐蝕介質中沿著材料晶界產生腐蝕,使晶粒間喪失結合力,即產生晶間腐蝕現象。

321不銹鋼(UNSS32168,在GB20878-2007中為06Cr18Ni11Ti)是在304不銹鋼基礎上加入Ti元素,增強其抗晶間腐蝕能力和耐高溫性能,其原理是形成穩定的MC型碳化物TiC,以碳化物形成自由給變化來衡量,TiC遠較碳化鉻穩定,減少了碳化鉻的形成。

在歐美等發達地區市場,321無縫鋼管鋼已逐漸被304L、316L等低碳、超低碳不銹鋼無縫鋼管替代。但在我國,321無縫鋼管的需求量仍然很大,根據不銹鋼論壇(ISSF)最新公布數字顯示,2012年表觀消費量在10萬t左右;由于生產工藝與檢驗條件的限制,目前國內生產的321無縫鋼管耐晶間腐蝕性能合格率不高,一次檢驗合格率為80%左右。山西太鋼不銹鋼鋼管有限公司自2009年投產以來,321不銹鋼無縫鋼管產量占總產量的約35%,晶間腐蝕檢驗一次合格率在70%左右,遠低于其他不銹鋼的水平(≥95%)。為提高成材率,更好地滿足用戶需要,針對321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能進行了技術攻關,目標為一次檢驗合格率提高至95%以上,達到日本住友金屬公司(SUMITOMO)等國外先進制造商的水平。

根據ASTM標準,檢驗金屬材料晶間腐蝕性能有六種方法,其中應用最廣泛的為65%HNO3法和CuSO-16%H2SO。法。65%HINO3法適用于評價氧化性介質中金屬晶間腐蝕傾向,但強氧化性介質中TiC會被溶解而導致另一種腐蝕形式——刀線腐蝕,不適用于321鋼種的檢驗;CuSO-16%H2SO:法適于檢驗貧鉻引起的不銹鋼晶間腐蝕,檢驗結果具有更好的代表性。本文討論的所有檢驗結果均基于CuSO-16%H2SO4法。

太鋼TP321鋼敏化時間為161.3-290.5s;根據ASTMA262-02aE法和GB/T4334.5-2000,TP321鋼管應在敏化處理(675℃)1~2h后進行晶間腐蝕試驗。故理論上太鋼TP321鋼的化學成分不能完全保證通過晶間腐蝕試驗。

對晶間腐蝕試驗結果不同的TP321無縫鋼管試樣進行表面顯微硬度分析,不合格的試樣表面硬度明顯較高。某些文獻認為,不銹鋼在氧化氣氛中退火時,會使表面層貧鉻,降低耐蝕性。對以上試樣表面進行X射線能譜分析(EDX),未發現Cr元素含量有明顯變化。觀察不合格試樣金相組織可發現,晶粒粗大、不均勻且在整個截面的晶界處有密集的碳化物析出。

目前國內TP321無縫鋼管的生產大都采用穿孔→冷軋/冷拔→熱處理→矯直→酸洗→檢驗一包裝的工藝生產方式。鋼管在冷變形后,采用固溶熱處理消除變形應力和改善組織,即把鋼管加熱至奧氏體碳飽和曲線以上保溫,使碳化物充分溶解到固溶體中再快速冷卻,將高溫組織在室溫下固定下來,獲得碳的過飽和固溶體。

不銹鋼無縫鋼管冷軋過程中采用軋制油(主要成分為氯化石蠟,C2xH2oCl21)進行潤滑和冷卻,在熱處理前的脫脂工序將管壁殘留的軋制油除去。傳統的脫脂方法是將鋼管用堿液或廢酸浸泡然后熱水沖洗。此方法脫脂后在鋼管表面仍殘留薄薄的一層軋制油,如以此狀態進入熱處理爐,軋制油將在高溫下燃燒,在鋼管表面形成碳氧化物,形成增碳環境。

通過多批次對比實驗,熱處理爐廢氣中殘留0含量為0-0.3%時,鋼管表面氧化層均勻,根據式(3)計算,調整空燃比為10.1:1,保證爐內為微氧化性氣氛,與調整前相比,增加了爐內氣氛中的0含量,使燃氣充分燃燒,降低了滲碳傾向,同時降低了燃氣消耗,平均每道次熱處理成本降低約150元。

為達到溶解沉淀碳化物的目的,固溶熱處理的溫度應隨C含量的增加而提高;由于太鋼TP321不銹鋼管化學成分中C含量較低(0.02%~0.03%,表1),可采用較低的固溶溫度,結合上述分析,調整固溶處理溫度至1050℃。分析試驗結果表明:較低的固溶溫度抑制了晶粒長大趨勢,對耐蝕性有好的影響。