304L不锈钢管和321不锈钢管耐腐蚀性能研究

 浙江至德钢业有限公司通过电化学和化学浸泡法分析了304L不锈钢管和321不锈钢管耐点腐蚀和晶间腐蚀性能。结果表明:304L不锈钢管击穿电位Eb较高，Eb-Ep较大，304L不锈钢管抗点腐蚀能力强于321不锈钢管，但是钝化膜破坏后修复能力要弱于321不锈钢管。晶间腐蚀浸泡试验中321不锈钢管晶界腐蚀较深，勾画出了完整的晶界，而304L不锈钢管的晶界腐蚀总体上轻微，这看不到完整的晶界轮廓,这表明，304L不锈钢管在耐晶间腐蚀领域使用时可代替321不锈钢管。

 304L不锈钢管和321不锈钢管同属18-8型奥氏体不锈钢，广泛应用于能源、石油、化工、造纸、船舶和军事等领域。由于富铬碳化物的析出会造成304不锈钢管等焊后晶间腐蚀的倾向，通常通过降低钢中碳含量(0.03%以下)和加入强碳化物形成元素(钛、铌)来控制。304L不锈钢管是在304不锈钢管基础上通过降低钢中的碳含量达到提高合金耐腐蚀性的目的。321不锈钢管是在304不锈钢管基础上加入钛元素，由于钛和碳的亲和力大，钢中的碳首先与钛形成TiC，抑制了铬与碳元素形成碳化铬而造成的贫铬问题，从而提高321不锈钢管的耐蚀性能。由于321等含钛钢中氮化钛、碳氮化钛等的析出对带钢表面质量会造成不良影响，以及浇铸水口由于氮化钛、碳氮化钛等析出而造成的结瘤等问题，国外发达国家已经由超低碳奥氏体不锈钢逐步取代321不锈钢管，而我国目前还在大量应用321等含钛不锈钢。鉴于此，至德钢业拟对304L不锈钢管和321奥氏体不锈钢的耐点腐蚀和晶间腐蚀性能进行对比研究。

一、试验材料与方法

 实验所用材料为退火态304L不锈钢管和321奥氏体不锈钢，二者化学成分如表1所示，主要区别在于304L不锈钢管具有更低的碳含量，而321不锈钢管中添加了钛元素。两种试验用钢的冶炼工艺：电炉→氩氧脱碳转炉(AOD)→LF炉精炼→连铸；轧制工艺：加热炉→中厚板轧制→固溶处理→洗处理→入库。

 采用电化学测试法和化学浸泡法对比研究了304L不锈钢管和321不锈钢管的耐点蚀和晶间腐蚀的性能。点腐蚀电化学分析样品经超声波清洗烘干后，点焊机焊接导线，环氧树脂封装，固化后用砂纸湿磨至1200目，用硅橡胶密封试样与环氧树脂连接处缝隙。点蚀的电化学分析在CS350电化学工作站进行，电解质为3.5%NaCl，采用三电极系统，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极。动电位扫描速率为0.6mV/s，30℃水浴恒温。晶间腐蚀的试样加工前经敏化处理，敏化温度为650℃，保温120分钟。晶间腐蚀的化学浸泡试验在65%的硝溶液中进行，试样置于硝溶液中保持微沸状态48小时，试验结束后流水冲洗，然后在酒精中用超声波清洗后取出烘干，共计三个周期，以失重腐蚀速率和晶间腐蚀形貌评价其耐晶间腐蚀性能。同时，将材料加工成尺寸为25mm×85mm×5mm的试样，经打磨后将试样置于硫-硫铜溶液中保持微沸状态16小时。试验结束后用流水冲洗，然后在酒精中用超声波清洗后取出烘干。将干燥冷却后的试样进行弯曲试验，冷弯角度180°，弯心5mm，将弯曲后的试样在显微镜下观察外表面有无因晶间腐蚀而产生的裂纹。

二、结果与讨论

 1. 试样的金相组织

  304L不锈钢管和321不锈钢管金相组织如图所示。可看出，304L不锈钢管和321不锈钢管基体均为奥氏体组织，基体上分布着少量碳化物，以及沿轧制方向分布的少量条状铁素体。

 2. 点蚀试验

  304L不锈钢管和321不锈钢管点腐蚀的电化学试验结果如图所示，表为具体的电化学参数。击穿电位Eb代表抗点腐蚀能力，Eb越高，抗点腐蚀能力越强。Ep为保护电位，Eb-Ep代表修复能力，Eb-Ep越小，钝化膜破坏后修复能力越好。如表所示，304L不锈钢管的点蚀电位高于321不锈钢管，表明其抗点腐蚀能力强于321不锈钢管，但是304L不锈钢管 Eb-Ep高于321，表明其钝化膜修复能力要弱于321，原因可能是321不锈钢中添加了钛元素生成碳化钛等析出相所致。

 3. 晶间腐蚀实验

 304L不锈钢管和321不锈钢管在硫-硫铜溶液中保持微沸状态16小时后冲洗、烘干，将干燥冷却后的试样进行冷弯试验，结果表明,弯曲后的试样外表面均无裂纹产生。在硝溶液中浸泡腐蚀的结果如表所示，304L不锈钢管腐蚀失重相对稳定，而321腐蚀失重随周期的增加而明显增大，在整个过程中，304L不锈钢管失重明显小于321不锈钢。

  晶间腐蚀试验后的组织如图所示。可看出，321不锈钢管发生了晶间腐蚀，晶界腐蚀较深，勾画出了完整的晶界；而304L不锈钢管的晶界腐蚀总体上较轻微，看不到完整的晶界轮廓，腐蚀后的组织和腐蚀速率结果相一致。

  由以上结果知，304L不锈钢管抗点腐蚀能力强于321，尤其是耐晶间腐蚀性能优秀，可以替代321作为耐晶间腐蚀材料使用。304L不锈钢管较好的耐腐蚀性能主要归功于其较低的碳含量。

三、结论

 1. 304L不锈钢管击穿电位Eb高于321不锈钢管，但是304L不锈钢管的Eb-Ep较大，表明304L不锈钢管抗点腐蚀能力强于321，但钝化膜破坏后修复能力要弱于321。

 2. 晶间腐蚀浸泡试验表明敏化处理的321不锈钢发生了典型的晶间腐蚀，晶界腐蚀较深，勾画出了完整的晶界；而304L不锈钢管的晶界腐蚀总体上轻微，看不到完整的晶界轮廓，304L不锈钢管和321不锈钢管耐晶界腐蚀性的差异主要归因于304L较低的碳含量。