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理。論文中對氯化鈉介質(zhì)和硫酸介質(zhì)中的腐蝕磨損進行了比較詳細的分析，闡釋了其相關腐蝕磨損機理。取得的主要結(jié)論如下：

 1. 經(jīng)過1050℃固溶處理和600℃下進行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。回火10小時，晶界處無析出物析出。當回火10小時，晶界處有細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?；鼗饡r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。

 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)了越來越嚴重的貧鉻現(xiàn)象而降低了其耐腐蝕性能。其腐蝕磨損機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，此時起主導作用的磨損形式由犁溝磨損轉(zhuǎn)變?yōu)楦g疲勞。當回火時間為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合反應，導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致回火時間為50小時的試樣具有最好的耐磨損性能。