不銹鋼法蘭酸洗腐蝕的失效分析

不銹鋼法蘭因具有良好的耐腐蝕性能而被廣泛用于船舶管道工程，作為管道連接的重要零件，其具有連接使用方便、保持管路密封性能、便于某段管路的檢查和更換等優(yōu)點(diǎn)。公司某型船近期采購(gòu)了一批次304法蘭，該法蘭在使用前送往酸洗廠進(jìn)行酸洗鈍化處理，放人酸洗槽十幾分鐘部分法蘭表面開(kāi)始出現(xiàn)氣泡，取出法蘭清洗后發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。為了查明該批次法蘭被腐蝕的原因，預(yù)防產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題再次發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失，我們對(duì)該批次法蘭取樣進(jìn)行化學(xué)分析和金相檢驗(yàn)。

1理化檢驗(yàn)

1.1化學(xué)成分分析

    在腐蝕法蘭上切取化學(xué)分析試樣，采用美國(guó)貝爾德DV-6型火花直讀光譜儀測(cè)定其化學(xué)成分，結(jié)果如表I所示。對(duì)照ASTMA276-2013《Standard Specification forStainless Steel Bars and Shapes》中304不銹鋼化學(xué)成分的技術(shù)要求，該失效法蘭化學(xué)成分中Cr元素含量比標(biāo)準(zhǔn)值偏低。

1.2金相檢驗(yàn)

    在失效法蘭腐蝕處截取一個(gè)縱向截面試樣，拋光后，未浸蝕，在蔡司金相顯微鏡下觀察，非金屬夾雜物按GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》評(píng)定:硫化物類為1.5級(jí);氧化鋁類為0級(jí);硅酸鹽類為0級(jí);球狀氧化物為1.5級(jí)。

    試樣經(jīng)三氯化鐵鹽酸水溶液浸蝕，在100 x金相顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)材料中奧氏體晶粒極不均勻，晶粒度級(jí)別按GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》評(píng)定，粗晶區(qū)可評(píng)為1.5級(jí)(見(jiàn)圖3);細(xì)晶區(qū)可評(píng)為4.0級(jí)。

    觀察近表面腐蝕處的顯微組織可以發(fā)現(xiàn)，腐蝕是從金屬表面開(kāi)始，集中發(fā)生在奧氏體晶界上并向材料內(nèi)部延伸，此區(qū)域的晶界因腐蝕遭到破壞，晶粒間的結(jié)合強(qiáng)度幾乎完全喪失，受腐蝕嚴(yán)重的金屬甚至形成粉末，很容易從材料表面刮下來(lái)。

    通過(guò)500x金相顯微鏡觀察腐蝕法蘭的高倍組織，其顯微組織為奧氏體+少量鐵素體+晶界上析出的第共相顆粒。

2綜合分析

    理化檢驗(yàn)結(jié)果表明，該不銹鋼法蘭的化學(xué)成分中Cr元素含量略低于標(biāo)準(zhǔn)值，Cr元素是決定不銹鋼耐腐蝕性能最重要的一種元素，它可以跟氧氣反應(yīng)產(chǎn)生Cr的氧化物，形成鈍化層，起到防止腐蝕的作用。且該材料中非金屬硫化物含量較高，硫化物在局部區(qū)域的聚集，會(huì)導(dǎo)致其周圍區(qū)域Cr元素濃度的降低，形成貧Cr區(qū)，從而影響不銹鋼的耐腐蝕性能。

    觀察不銹鋼法蘭的晶粒，可以發(fā)現(xiàn)其晶粒大小極不均勻，組織中大小不均的混合晶粒容易形成電極電位的差異，產(chǎn)生微電池，從而導(dǎo)致材料表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕。不銹鋼法蘭的粗細(xì)混合晶粒主要與熱加工形變工藝有關(guān)，是由于其鍛造時(shí)晶粒急劇形變導(dǎo)致的。

    分析法蘭近表面腐蝕處的顯微組織可以得出，腐蝕是從法蘭表面開(kāi)始，沿著奧氏體晶界向內(nèi)部延伸，材料的高倍顯微組織顯示該材料的奧氏休晶界上有較多的第只相析出，晶界上聚集的第三相容易導(dǎo)致其晶界貧鉻，引起晶間腐蝕傾向，大大降低其抗腐蝕性能。

    不銹鋼中的第三相主要有細(xì)小碳化物( M 23C6 )、σ相和δ鐵素體等，它們都對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能有較大的影響。M23C6析出相的形成溫度為450℃-850℃，主要是由金屬鉻組成的碳化物，大部分分布在晶體的晶界上，也有部分分布在晶體內(nèi)部和晶體缺陷處，因?yàn)樵撎蓟锔缓t，容易導(dǎo)致該區(qū)域貧鉻;σ相形成溫度為500℃-925℃，在此溫度區(qū)問(wèn)停留，鐵素體就部分或全部分解出σ相，6相的鉻含量為42%-50%,是一種高硬度的脆性相，可引起材料韌性和腐蝕性能的下降;δ鐵素體是一種高溫鐵素體，由液態(tài)鐵冷卻到1538℃時(shí)結(jié)晶形成，該相較脆，在加工時(shí)易引發(fā)裂紋，且容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。

3結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)對(duì)腐蝕不銹鋼法蘭的一系列失效分析，可以得出以下結(jié)論:

    (1)不銹鋼法蘭的腐蝕是多種因素共同作用的結(jié)果，其中材料晶界上析出的第只相是導(dǎo)致法蘭失效的主要原因。建議在熱加工過(guò)程中嚴(yán)格控制加熱溫度，不要超出材料加熱工藝規(guī)范的上限溫度，同時(shí)在固溶后快速冷卻，避免在450℃-925℃溫度區(qū)間停留過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，防止第三相顆粒析出。

    (2)材料中的混合晶粒容易使材料表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，在鍛造過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造比。

    (3)材料中Cr元素含量偏低和硫化物含量偏高直接影響法蘭的抗腐蝕性能，選材時(shí)應(yīng)注意選用冶金質(zhì)量純凈的材料。