CN110195152A - 一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法 - Google Patents

一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，包括步骤：敏化处理对奥氏体不锈钢进行加热敏化处理，使碳化铬在晶间析出，得到敏化处理后的不锈钢；原子扩散处理继续加热所述敏化处理后的不锈钢至880℃～950℃，并保温；然后冷却至室温。上述方法通过先敏化处理使得奥氏体不锈钢的晶间析出碳化铬，使晶间贫铬，再通过原子扩散处理把奥氏体不锈钢晶内的铬原子扩散到晶界，而消除晶间贫铬，达到稳定状态下抗晶间腐蚀；所以，本发明提供的上述方法具有加热温度低，燃料消耗低，热成形过程不需要规避敏化区间，对设备要求低，可与碳钢材料同时进行正火处理，成本低，且不用改变奥氏体不锈钢材料的化学成分。

Description

一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢材料的处理方法，尤其涉及一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法。
背景技术
奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18％、Ni 8％～25％、C约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢具有较高的耐腐蚀性，主要是加入了Cr、Ni的缘故。加入的Cr、Ni与空气中的氧发生反应，表面形成一层致密的氧化膜，这种氧化膜在很多腐蚀介质中具有很高的稳定性，从而防止钢本身被腐蚀介质腐蚀。但是在一定条件下也会遭受腐蚀。晶间腐蚀就是其中一种腐蚀形式，是在晶粒边界附近发生的、选择性的一种腐蚀现象。受这种腐蚀的设备或部件，表面上虽仍呈金属光泽，但因晶粒之间已失去联系，受到敲击时已没有金属的声音，钢质变脆，设备易突发性破坏。
无稳定化元素奥氏体不锈钢，即不含有如钛、铌、δ铁素体等奥氏体稳定化元素的奥氏体不锈钢，相对而言较容易发生晶间腐蚀。为了解决该问题，目前通常采取以下手段：第一种，固溶热处理。此种是目前无稳定化元素奥氏体不锈钢最常用的提高抗晶间腐蚀的方法，该方法生产成本高，造成产品变形，难以修复，且在一些特殊制造和使用条件下，即使固溶也无法达到要求，所以该经方法处理后的奥氏体不锈钢适用范围有限，且高温易造成晶料长大，造成力学性能下降，无法通过热处理细化，一旦出现，产品报废的机率很大，且固溶状态是一种非稳定化状态，在后续生产使用过程中易破坏。第二种，严格控制碳含量，降低奥氏体不锈钢含碳量，此方法原材料生产，冶炼成本高。第三种，加入稳定化元素，进行稳定化处理，比如加入Nb、Ti等与C亲和力较Cr大的元素。后两种方法不但改变了奥氏体不锈钢材料本身的成分，而且给奥氏体不锈钢大规模用于工业生产带来不利的影响。
例如，上海大学钟庆东等人于2015年12月9日申请一件名称为“降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺”、申请号为CN2015109059113的发明专利申请，该专利申请中公开了一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，在还原保护气氛下，对奥氏体不锈钢进行分段退火处理，随后水冷至室温，其中，第一阶段退火工艺：退火炉以0～10℃/min的升温速度升至300～450℃，保温0.5～5h；第二阶段退火工艺：退火炉以10～30℃/min的升温速度再升至1300～1450℃，保温0.5～5h；第三阶段退火工艺：随炉冷却至1000～1200℃，保温12～24h；第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850～950℃。该发明专利申请虽然可以减少奥氏体不锈钢热处理过程中形成适量δ铁素体，降低奥氏体不锈钢的敏化度，提高抗晶间腐蚀能力，可大规模用于工业生产，但是其第二阶段及第三阶段的加热温度超过1000℃，加热时间比较长，能耗较大，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明确有必要提供一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，以解决上述问题。
为此，本发明提供的技术方案为：一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，包括步骤：
敏化处理对奥氏体不锈钢进行加热敏化处理，使碳化铬在晶间析出，得到敏化处理后的不锈钢；
原子扩散处理先继续加热所述敏化处理后的不锈钢至880℃～950℃，并进行保温处理，然后冷却至室温。
其中，本发明中所述的“奥氏体不锈钢”是指不含有钛、铌等稳定化元素的奥氏体不锈钢。
基于上述，所述敏化处理的步骤包括：将所述奥氏体不锈钢加热至600℃～700℃，并保温2～5小时使碳化铬在晶间析出，得到所述敏化处理后的不锈钢。
基于上述，所述敏化处理的步骤包括：将所述奥氏体不锈钢加热至600℃～650℃，并保温3～5小时，得到所述敏化处理后的不锈钢。
基于上述，所述原子扩散处理的步骤包括：采用正火工艺将所述敏化处理后的不锈钢加热至880℃～950℃并保温2～5小时，然后进行冷却处理。
基于上述，所述原子扩散处理的步骤包括：采用正火工艺将所述敏化处理后的不锈钢加热至900℃～950℃并保温2～4小时，然后进行冷却处理。
基于上述，所述冷却处理的方式为空冷或水冷。
基于上述，所述奥氏体不锈钢为304号奥氏体不锈钢或316号奥氏体不锈钢。
本发明提供的上述提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法先通过所述敏化处理使得奥氏体不锈钢的碳原子与铬原子结合并在晶间析出碳化铬，使晶间贫铬(贫铬区Cr浓度低于12％)，再通过所述原子扩散处理把奥氏体不锈钢晶内的铬原子扩散到晶界，从而消除晶间贫铬(使贫铬区Cr浓度回到12％以上)，达到稳定状态下抗晶间腐蚀；所以，本发明提供的上述方法通过低温原子扩散处理，冷却降温速度不限制，可以避免采用固溶法导致的变形和晶粒长大的风险，特别是适用于奥氏体不锈钢与碳钢的复合材料热成形后无法固溶的情况。本发明提供的上述方法同时还具有加热温度低，燃料消耗低，热成形过程不需要规避敏化区间，对设备要求低等优点。此外，本发明提供的上述方法还具有不用改变奥氏体不锈钢材料的化学成分的特点，如，无需降低碳含量、加入稳定化元素等，无需降低材料的成分要求和冶炼要求，在同等成分的基础上，达到最佳的效果。另外，经过本发明提供的上述方法的处理的奥氏体不锈钢处于一种稳定状态，比固溶状态更加不易敏化，进而达到更好的抗晶间腐蚀的能力。
进一步，本发明提供的上述方法的处理温度与一般低碳钢温度基本一致，本发明提供的方法在所述原子扩散处理的步骤中可以采用正火工艺实现，所以，上述方法还可与碳钢材料同时进行正火处理，无需额外特别处理，简化了奥氏体不锈钢与低碳钢的复合工艺，成本低。
因此，本发明提供的上述方法，无需对奥氏体不锈钢进行固溶处理，能够实现在不改变材料化学分的基础上提高无稳定化元素奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力，达到采用固溶法处理的无稳定化元素奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力，甚至比采用固溶法处理的无稳定化元素奥氏体不锈钢具有更好的抗晶间腐蚀能力。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，包括步骤：
敏化处理以尺寸80mm×10mm×14mm的无稳定元素奥氏体不锈钢作为原始材料，将所述原始材料加热至600℃～700℃，并保温2～5小时，进行敏化处理，使碳化铬在晶间析出，得到敏化处理后的不锈钢；其中，该步骤中先加热，再保温处理的主要目的是为了使晶间的自由碳充分被消耗，并形成碳化铬在晶间析出；
原子扩散处理继续加热所述敏化处理后的不锈钢，将之加热至880℃～950℃并保温2～5小时，使晶内的铬原子扩散到晶间，消除晶间贫铬，然后进行冷却处理均可。
下面各实施例通过按照上述方法中改变敏化处理温度及保温时间、原子扩散处理的加热温度及时间，以及冷却方式等进一步阐释本发明的技术方案。各实施例采用的参数如表1所示。
表1本发明各实施例采用的参数表
下面对经过上述实施例1～8处理的奥氏体不锈钢的性能进行验证。
1、化学成分检测试验
采用国标GB/T20125-2006的检测方法对奥氏体不锈钢经过实施例1、2、3、7、8处理前后的化学成分进行检测，检测结果如表2所示。
表2实施例处理前后的奥氏体不锈钢的化学成分(wt％)
从表2中可以看出：304L和316L奥氏体不锈钢经过本发明实施例的处理，其化学成分在处理前后变化不大，所以，可以认为本发明提供的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法对奥氏体不锈钢的化学成分基本上没有影响。
2、晶间抗腐蚀性能测试
根据GB/T29088-2012提供的双环电化学动电位再活化测量方法，对试样分别进行测试，测试结果如表3所示。其中表3中的“Ir”代表再活化电流峰值，“Ip”代表活化电流峰值，“Ir/Ip”代表再活化电流峰值与活化电流峰值的比值。
对比例1试样：采用与实施例1相同的原始材料304L奥氏体不锈钢进行固溶状态处理；
对比例2试样：采用与实施例7相同的原始材料316L奥氏体不锈钢进行固溶状态处理不锈钢固溶状态；
实施例试样经过本发明实施例1～8处理后的奥氏体不锈钢。
晶间抗腐蚀性能测试条件：上述试样分别经630℃敏化处理10小时，试样表面用砂纸打磨到1000#，用蒸馏水冲洗后用无水乙醇清洗，再用硅胶对试样边缘进行密封后，放置24小时后进行电化学测试。其中，测试所用电解质溶液为：1mol/L的硫酸+0.1mol/L硫氰化钾，试验温度：25±1℃，用恒电位扫描仪，扫描速率：1.667mV·S-1测出不同试样的：Ir和Ip值。依据Ir/Ip值判断上述各试样的敏化程度。
判断标准：Ir/Ip值小于0.010，未敏化；
Ir/Ip值小于0.010～0.05，轻微敏化(可能遇过Streicher和Huey试验)；
Ir/Ip值大于0.05，敏化(不能遇过Streicher和Huey试验)。
表3奥氏体不锈钢的晶间抗腐蚀性能测试数据
试样 Ir/mA Ip/mA Ir/Ip 结论
对比例1 20.15 155 0.13 完全敏化
对比例2 22.2 148 0.15 完全敏化
实施例1 3.024 144 0.021 轻微敏化
实施例2 2.736 152 0.018 轻微敏化
实施例3 2.641 139 0.019 轻微敏化
实施例4 2.792 150 0.019 轻微敏化
实施例5 2.808 155 0.018 轻微敏化
实施例6 2.963 148 0.020 轻微敏化
实施例7 3.225 129 0.025 轻微敏化
实施例8 3.22 140 0.023 轻微敏化
从上表3中可以看出：经过本发明实施例提供的方法处理过的奥氏体不锈钢在经过10小时的敏化温度敏化后，均只发生轻微敏化，而固溶状态的试样均已经完全敏化。所以，经过本发明实施例提供的方法处理过的奥氏体不锈钢具有更好的抗敏化能力，在相同地敏化条件下，具有更加优异的抗晶间腐蚀能力，扩大的奥氏体不锈钢的使用范围和条件。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，包括步骤：
敏化处理 对奥氏体不锈钢进行加热敏化处理，使碳化铬在晶间析出，得到敏化处理后的不锈钢；
原子扩散处理 先继续加热所述敏化处理后的不锈钢至880℃～950℃，并进行保温处理，然后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，其特征在于，所述敏化处理的步骤包括：将所述奥氏体不锈钢加热至600℃～700℃，并保温2～5小时使碳化铬在晶间析出，得到所述敏化处理后的不锈钢。
3.根据权利要求2所述的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，其特征在于，所述敏化处理的步骤包括：将所述奥氏体不锈钢加热至600℃～650℃，并保温3～5小时，得到所述敏化处理后的不锈钢。
4.根据权利要求1或2或3所述的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，其特征在于，所述原子扩散处理的步骤包括：采用正火工艺将所述敏化处理后的不锈钢加热至880℃～950℃并保温2～5小时，然后进行冷却处理。
5.根据权利要求4所述的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，其特征在于，所述原子扩散处理的步骤包括：采用正火工艺将所述敏化处理后的不锈钢加热至900℃～950℃并保温2～4小时，然后进行冷却处理。
6.根据权利要求4所述的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，其特征在于，所述冷却处理的方式为空冷或水冷。
7.根据权利要求6所述的提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为304号奥氏体不锈钢或316号奥氏体不锈钢。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190903

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