熱處理對310S不銹鋼管在不同介質(zhì)中的腐蝕磨損行為的影響

 浙江至德鋼業(yè)有限公司研究了310S不銹鋼管經(jīng)不同時間的熱處理后，在不同介質(zhì)條件：去離子水、硫酸溶液溶液和3.5%氯化鈉溶液中的腐蝕磨損性能。通過測量計算出不同介質(zhì)中的磨損率，對磨損形貌進(jìn)行了分析，結(jié)合磨損后的EDS成分分析了腐蝕磨損過程中的主要磨損機(jī)理。論文中對氯化鈉介質(zhì)和硫酸介質(zhì)中的腐蝕磨損進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，闡釋了其相關(guān)腐蝕磨損機(jī)理。取得的主要結(jié)論如下：

 1. 經(jīng)過1050℃固溶處理和600℃下進(jìn)行0~100小時不等時間的回火處理后，310S不銹鋼管的晶粒尺寸并無明顯改變，但晶界處逐漸開始析出第二相，并且隨著回火時間的增加，晶界析出物的形貌和數(shù)量逐漸發(fā)生變化?；鼗?0小時，晶界處無析出物析出。當(dāng)回火10小時，晶界處有細(xì)小的針狀或點狀析出物析出。隨著時間延長到50小時，析出物數(shù)量明顯增加在晶粒間成骨網(wǎng)狀分布。回火時間增加到100小時后，析出物形狀不再變化但變得明顯粗大。此外，由于析出物的增加與粗化，晶界處的顯微硬度也隨回火時間的延長而增加。

 2. 在去離子水介質(zhì)中，經(jīng)100小時回火處理的試樣耐磨性能最好。整個耐磨性能的變化趨勢與晶界處的顯微硬度的變化相一致。主要是由于其磨損形式是磨粒磨損，隨著回火時間的增加，不銹鋼晶界處析出的含鉻硬質(zhì)析出相數(shù)量最增加并粗化，對犁溝切削的阻擋作用逐漸增強(qiáng)。

 3. 在硫酸溶液中，不銹鋼的耐腐蝕性能逐漸降低，腐蝕電位由由-0.341V逐漸負(fù)移到了-0.396 V，腐蝕電流密度由5.08×10⁵ A?cm²逐漸增加到2.067×10⁴ A?cm²。這主要是由于含鉻析出相在晶界處的不斷析出與粗化，使得晶界周圍出現(xiàn)了越來越嚴(yán)重的貧鉻現(xiàn)象而降低了其耐腐蝕性能。其腐蝕磨損機(jī)理由犁溝磨損和腐蝕疲勞磨損共同決定。在回火時間為10小時可以劃痕表面主要是大量的平行于滑動方向的犁溝劃痕，此時犁溝磨損起主導(dǎo)作用，而隨著回火時間延長，析出物數(shù)量不斷增加形貌粗化從而導(dǎo)致腐蝕性能明顯降低，劃痕表面出現(xiàn)越來越多的剝落坑，此時起主導(dǎo)作用的磨損形式由犁溝磨損轉(zhuǎn)變?yōu)楦g疲勞。當(dāng)回火時間為20小時，材料耐腐蝕磨損性能最佳，這是由于此時不銹鋼耐腐蝕性能少許降低時耐磨性能有所提高導(dǎo)致整個腐蝕磨損材料流失降低。而且通過對腐蝕磨損交互作用的計算可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回火時間超過20小時后，交互作用在整個磨損體積中所占的比重由0.2388迅速增加到0.4656。說明20小時后，回火處理對材料的腐蝕性能的影響明顯變大，導(dǎo)致其對耐磨性能的提高難以抵消腐蝕帶來的消極作用。摩擦系數(shù)在穩(wěn)定階段伴隨著一定范圍內(nèi)固定周期的波動，這主要是由于在酸性環(huán)境中不銹鋼表面迅速形成一層鈍化膜，在腐蝕磨損過程中由于摩擦力的作用鈍化膜發(fā)生分層與剝落。

 4. 在3.5%氯化鈉溶液中，不銹鋼的耐腐蝕性能逐漸降低，腐蝕電位由由最初的-0.117V逐漸負(fù)移到了-0.179 V，腐蝕電流密度由1.528×10⁸ A?cm²逐漸增加到1.558×10⁷ A?cm²。這主要是由于不銹鋼其自身在表面自發(fā)形成一層氧化膜，但氯離子本身半徑非常小，能夠優(yōu)先吸附在金屬的氧化膜上，對氧化膜起到滲透破壞的作用；另一方面，晶界處析出物的存在會導(dǎo)致不銹鋼表面氧化膜的不完整，成為孔蝕源和優(yōu)先腐蝕區(qū)。不銹鋼的腐蝕磨損機(jī)理為犁溝磨損與腐蝕剝落共同作用。通過SEM可以看出隨著回火時間的延長，劃痕表面的犁溝劃痕逐漸減少，取而代之的是逐漸增多的斷斷續(xù)續(xù)的片狀剝落坑。當(dāng)回火時間增加到100小時，磨痕表面幾乎被片狀的剝落層所覆蓋。通過EDS可以看出劃痕表面含有一定量的氧和氯，說明劃痕表面發(fā)生了明顯的氧化以及氯的絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致片狀剝落坑的出現(xiàn)。正是由于犁溝和腐蝕剝落兩種磨損形式的此消彼長導(dǎo)致回火時間為50小時的試樣具有最好的耐磨損性能。