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1Cr18Ni9Ti不锈钢耐蚀性能研究


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第 1期 ( 第 1 2期 ) 总 2  
20 0 4年 2月 

机 械 工 程 与 自 动 化 
ME CHANI CAL ENGI   NEERI NG & AUTOM ATI ON 

No.1  

Fe   b.<

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文 章 编 号 :626 1 (0 40 —0 40  1 7 — 4 3 2 0 ) 10 5 — 3

1 r    不锈 钢 耐蚀 性 能研 究      NiTi Cl 9 8
王 培 智 
( 钢 不 锈 股 份 公 司 , 山西  太 原 太 0 00 ) 3 0 3 

摘 要 : 1 r8 9 耐蚀 机理 分 析 入 手 , 采 用 常 规 热 处 理 方 式 处 理后 的 1 r8 iT 耐 蚀 性 能 进 行 了 对 比研  从 C 1Ni Ti 对 C lN9 i 究 ,为 不 同 成分 ( iC) 的 1 r8 iT 选 用 热 处 理 方 式 提 供 参 考 。 T/ C lN9 i  
关 键 词 :耐 蚀 性 ;不 锈 钢 ;研 究   中 图分 类 号 :TG1 2 7  4.1 文 献 标 识 码 :A  

0 引 言   

的耐蚀性 特别是 耐 晶间腐蚀 性能下 降 ,从而 导致不 锈  钢 发生 不均 匀腐蚀 , 成钢件 失效 。 1 r 8 g i 造 而 C l NiT 的  成 分设计 中加 入钛作 为稳 定化元 素 , 由于钛 与碳 的亲  和力大 于铬 ,因此 向奥 氏体不锈 钢 中加入钛 作 为稳定 
碳 的元 素 , 先于铬 与碳形 成 T C, 优 i 防止 或减 少 C z s r C  。

1 r 8 g 钢是最 常用 的奥 氏体不锈 钢之 一 , C lNiTi 它  的耐蚀 性 能、强度 和塑性 均较 高 ,而且焊 接性 能也 良  好 ,因而广 泛应用 于对 耐蚀性 能要求 较高 的部件 。  
1 1 1 Ni T 耐 蚀 机 理 分 析    Cr 8 9 i 1 1 造 成不锈钢 腐蚀 的原 因 .   

形 成 ,从而 达到 防止敏化 态 晶间腐蚀 的 目的 。  

奥 氏体不锈 钢 同其 它钢 种一样 ,碳元 素 在金属 基  体 中的固溶 度随温 度 的降低 而 减少 ,在 9 0 0  C时析 出  速 度 明显 加快 ,奥 氏体 相 中碳 的 固溶度 在 8 0C时 不  0 ̄ 超 过 0 1 ,在室 温碳 的固溶 度仅为 0 0   。这种 材  .  .2

巅  求 
咖1  

料 在 出厂 前经过 固溶 处理 ,如果在 设备 制造 过程 中再 
在 40 5 ℃~8 O 5 ℃受热 时 ,例如焊 接过 程 ,固溶碳将 与  铬 、 等元 素形成 ( r? e :   晶界析 出 , 铁 C F )C 沿 。 这种碳 化  物 中的铬 的质 量分 数高达 7  ~7  ,由于 铬 的碳 化  O 5 物 析 出所 引起 的晶 界附近 及 晶粒 的铬浓 度分 布模 型见  图 1 它所 耗用 的铬需要 从基 体 中吸取 , 。 但是 由于碳 从  基体 ( 晶粒 ) 析 出速 度 远 远 高 于 铬 向 晶界 的扩 散 速  中 度 ,所 以 晶界 铬 的碳 化物 所耗用 的铬 量基本 上是 吸取  了晶界 附近 的铬形 成的 。这样 ,晶界 附近 的铬 的质量  分数 将 降 至不 锈 钢 中铬 的质 量分 数 的界 限值 1. % 17   以下 。 别是该 碳化物 的界 面处 的铬浓 度仅 为 2 2 。 特 .    这样 的材料在特定的介质中晶粒与 晶界形成微 电池 ,晶  界作为 阳极而受到加速腐蚀 ,即发生晶间腐蚀 。  
1 2 1 l NiTi防腐 机 理  .   Cr 8 9

世  譬 

取 

图 1 铬 浓 度 分 布 梗 型 

钛元 素 的加 入量 主要 由 T C的原子 量 比确定 。据  i 粗 略计算 ,将奥 氏体 中的碳全 部 固定为 Ti 需 的钛  C所 为 4 4 . / 2 倍 的碳 含量 。 (79 1) 但是钛 元素 的加入 量 的确 

定是 比较 复杂 的 。 钛不 仅与钢 中 的碳 化合 成 T C, i 而且 
与 钢 中的氮有更 强 的亲合力 ,它 在凝 固过程 中优先 于  T C形成 T N,它所 消耗 的钛量 与钢 中的氮量 有直 接  i i
关系。  

目前 标 准 中 规定 1 C 一8 奥 氏体 不 锈 钢 中钛  8 r Ni
的 质 量 分 数 为 5× ( C一 0 0   ) 0 8 或 5 .2 ~ .  C~ 

根据 相关 理论 ,造成 奥 氏体 不锈 钢腐蚀 的原 因主  要是 由于在不 锈和 耐蚀用 途 中的一些 条件下 ( 比如焊  接或 经 4 0 5 ℃~8 0 5 ℃加热 时 ) ,碳 与钢 中的铬 形成 高 
铬的 C :   r C 型碳化 物 ,从而 导致局 部铬 的贫 化 ,使 钢  。
收稿 日期 :2 0 — 9 2   0 30 —3

0 7 , 中 C为钢 中碳 的质量分 数 , . 2 是指 室温  .  其 0 0  下 奥 氏体 中最 大溶解 的碳 的质量 分数 为 0 0  。 .2  
在不 锈 钢生 产 中 ,多 以控 制 钢 中 TiC 比来保 证  / 1 C 一8 不锈钢 的敏化 态耐蚀 性 能 。图 2为采用 电  8 r Ni

作 者 简 介 :王 培智 (9 9 )男 , 东 省兴 宁市 人 , 程 师 , 9 1 毕 业 于 太 原 工业 大 学 材 料 与 热 处理 专业 , 科 。 16 一 , 广 工 19 年 本  

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20 0 4年 第 1期 

王 培 智 :1 r 8 9 不锈 钢 耐 蚀性 能研 究  C l NiTi

?5   5?

化 学动 电位再 活化法 ( P 所取 得 的实验 结果 ,图 2 E R)   中的  / 为材 料 的再 活化 率 ,   该值 越高 , 间腐蚀 倾  晶 向越大 。 由图 2可见 , 控制 钢 的 TiC . ~5 5 可  / ≥5 0 . 便 取 得满 意效果 ,晶间腐蚀 倾 向很 小 。为 了提 高钢 中的 
钛 碳 比加 钛 ,随钛含 量 的增 加会 直接造 成半 成品 和成 

样采 用稳定 化处 理 ,对 比处 理后 的腐蚀 性能 。 固溶 处 
理 工艺 为温 度 10 0C~10 0  0   5’ C,时 间 为 3 n mm, mi/  

水淬 ;稳定化 处理 工艺 为温度 9 0 2  C~9 0C,时 间为  5  7 n mm,空 冷 。试 验结果 见表 1  mi/ 。
00   .3

品表面质 量下 降 , 为此 生产 中 T / 的控 制常 在 5 0 iC . ~ 
6 5之 间 。 .  
母 'i  ̄ T  J
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固T 溶i  

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10   20

温度, ℃ 

圈 3 含 钛 不锈 钢 热 处理 温度 对 T C形 成 的 影 响  i 寰 1 硫 酸 腐 蚀 试 验 结 果 
规 格  Ti   / C 固溶 处 理 检 验 结果  稳 定 化 处理 检验 结 果 

图 2 TiC 对 1 1 NiTi 问 腐 蚀 倾 向 的 影 晌     / Cr 8 9 晶

8 mm  3 5 金属 声 不 良、 裂纹  合 格  金 属 声 、徽 裂 纹  不 合 格  .  不 1mm 3 5 0   .  8 mm  3 9 .  金 属 声 、 裂 纹  不 合 格  金 属声 、 无裂 纹  合 格  金 属 声 、裂 纹  不 合 格  金 属声 、 无裂 纹  合 格 

2 常用的 热处理 方式 

为了 防止奥 氏体不锈 钢产生 敏化 态 晶间腐蚀 ,上  述 的成 分控 制为其创 造 了根本条 件 ,但 是还 需要正 确 
的热处 理工 艺予 以保 证 ,两者 缺一不 可 。对 于加钛 稳 

1mm . 5 金 属 声 、 裂 纹  不 合 格  金 属声 、 无裂 纹  合 格  2  39 

1rm  5 2 金 属 声 、 徽 裂纹  不 合 格  金 属 声 、 无裂 纹  合 格  2 a . 
8 mm  5 5 金 属 声 、 细裂 纹  不 合 格  金 属 声 、 无裂 纹  合 格  . 

定 的不 锈钢 ,为 了使钢 中的钛和碳 充分形 成 T C金 属  i 间化合 物 ,热 处理 温度和 时间起 着决定 性作 用 。  
1 r 8 g 不锈 钢 常 规 采 用 的热 处理 工 艺 为 固  C l NiTi

2 rm 5 5 金 属 声 、 徽裂 纹  不 合 格  金 属 声 、无 裂 纹  合 格  0   .  a 8 mm  7 2 金 属 声 、 无裂 纹  合 格  金 属声 、无 裂 纹  合 格  .  8 mm  7 3 金 属 声 、 无裂 纹  合 格  金 属声 、无 裂 纹  合 格  . 
8 mm  8 5 金 属声 、 无裂 纹  合 格  金 属声 、无 裂 纹  合 格  . 
O 

溶 处理 ,即通过 加热 使钢 中第二相 全部溶 解 ,快速 冷 
O  O  O  

4  却 获得单 一 固溶 体 的过程 。但在许 多 资料 中介绍 3   2   l   ,为  从 表 1 可 知 , 对 于 T/ 偏 低 ( 5 5 iC ≤ . )的  %   为先 器摄缝匿  , 保证 最佳 耐蚀性 能 ,采用 的热处理 工艺求蛔  固溶处 理  1 r 8 9 i C 1 NiT 采用 稳定 化处 理性 能优于 固溶 处理 , 稳  但

再进 行稳 定化处 理 。  

定化处 理 的时间是 固溶 处理 的 2倍 。   为进 一步 对 比两 工艺 的 耐蚀 性特 点 ,选 T / iC值  不 同的 4炉 钢进 行工 艺试 验 ,采用 GB 2 7 2中表  4 3 —9

图 3为含 钛 不 锈 钢 热处 理 温 度 对 T C形 成 的 影  i
响。 由图 3可见 , C从 约 8 0 Ti 0 C开始形成 , 约在 9 0   0℃

形成速 度最快 ,随后 T C逐渐减 少 ,其 固溶钛 量呈相  i
反 的变 化 。 8 0C~9 0 在 5  0 C有利 于 Ti C形 成 的温度下 

1 (5 硝酸腐 蚀试 验 ) 9 6  的要求 检测腐 蚀减 量 。每炉钢 
取 2块试 样 ,先全 部 固溶 处理 ,再将 其 中 1 试样 采  块

保 持 足够时 间 ,使钛 与碳 充分结 合 ,这种 热处理 工艺  就是 所谓 的稳定 化 处理 。对 1 r 8 9 i 其 最佳 热  C l NiT 钢 处理制 度为 9 0 0  C~9 0 5 C保 温 , 在此温度 下 , r 但  C不 不形 成碳 化物 , 且 C 的碳化 物还 分解 固溶 , 而 r 其冷 却 
方式 采用 炉冷 、 水冷 、 空冷 均可 。 通过 稳定 化处 理 , 含 

用 稳 定 化 处 理 , 固 溶 处 理 工 艺 为 温 度 10 0   0 C~  10 0 ,   5 ℃ 时间 为 3 n mm, 淬 ; 定化处 理工 艺 为  mi/ 水 稳
温度 9 0 2 ℃~9 0 , 间为 7 n mm, 冷 。 热处  5℃ 时 mi/ 空 将

理 后 的试 样全部 敏化 处理 2 。试 验结果 见 表 2  h 。
裹 2 硝 酸 腐 蚀 试 验 结 果 
腐 蚀 减 量  规 格  T/   jC 一 周 期  固 溶  稳 定 化 
2 mm 8 2   O . 6 6 m  3 9   m . 5 8 m  m 1 9 .  0 41   . 0 03 2 . 3  06   . 42 28 4 . 7  0 2   . 51 0 2 5 . 2  0 5 7 . 1  0 3 4 . 9 

有 的碳就 和稳定 化元 素形成 碳化 物 ,最 大 限度 地形 成 
Ti C,固溶碳量相 对 最少 。   3 固溶处理 与稳 定化处 理对 耐蚀 性能 的影响   

a 年  rm/ 三周 期  固溶  稳 定 化 
1. 7 3 0  1. 6  4 8 0 1. 8 5 5  1 . 2 3 7  3 4 2 . 0  0 3 9 . 1  1 . 1 3 9  0 8 4 . 7 

二 周 期  固溶  稳 定 化 
1 . 2 1 1  1 . 3 1 9  9 2  . 7 2 . 3 O 6  0 3 1 . 2  0 9  .6 9 5 52 .   0 4 6 . 7 

为 了对 比两热 处 理工 艺差 别 ,选 T / iC值 不 同 的  1 0炉钢 进 行工 艺 试 验 ,按 GB 2 7 9 4 3 — 2中表 2 ( 1 硫 

酸 一硫 酸铜法 、敏化 处理 ) 的要求进 行腐 蚀检验 。每 
炉钢取 2块试 样 ,先全 部 固溶 处理 ,再将其 中 1块试 

1 m m  4 7   2 . 5

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?56?  

机 械 工 程 与 自 动 化 

20 0 4年 第 1期 

从表 2 知 , 可 稳定化 处理 可提 高钢板 的抗腐蚀 , 尤 
其 是对 TiC偏低 的 1 r 8 9 效果 尤为理想 。 / C lNiTi  
4 讨 论 

TiC高的也 不可 能充分 发挥 耐蚀性 能 。 /   众所周 知 ,碳 化钛 属 于高温析 出相 ,碳化 铬属 于  低 温析 出相 , 化钛 以细小 弥散状 态分 布于 晶粒 内 , 碳 而  C     主要 集 中于 晶界 和 铁 素 体 周 围。碳 化 铬 在  rC 则 81 7  C时 开 始 明显 溶 解 ,温 度 越 高 溶 解 越 快 。 而 在  87 9_ C~9 4 5 C则会 引起 T C大 量细小 分散 沉淀 ,随温  i 度 升高 Ti 开始溶 解 ,  3 1 C又 10 0C以上 具有 高的溶 解速  度 。因此对 于加钛 稳定 的不锈 钢 , 高温 固溶是 不利 的 ,   需 根据 成分 和最终使 用要 求选 择适应 的热处 理 工艺 。  
5 结 论   

晶粒间晶界的腐蚀是不锈钢遭受腐蚀破坏 的主要形  式, 造成晶间腐蚀 的前提是晶间有碳化铬 的第二相析 出。   向钢 中加入足够量的钛 ,使其形 成稳定 的 T C而 固定钢  i 中 的碳 ,避免钢在加工使用 中碳与铬结合 而出现 C : s r。   C 析出,从而消除晶间腐蚀 的倾向 , C l NiT 便是用钛  1 r8 9 i
稳定的典型的 1 C 一8 不锈钢 。 8 r Ni  

按 标 准规定 , 在 10 0 经   0  C左右 固溶处 理 , 以使  可 热轧钢 板变 形组织 得 以完 全再 结晶 , 获得均 匀组织 , 并  固溶 热轧析 出 的碳 化物 ,软化 钢板 ,获得 均匀 的耐蚀 

( )通 过 固溶 后 的稳 定 化 处 理 ,可 以 显 著 提 高  1
1 r 8 9 耐蚀性 能 。 C lNiTi  

性 ,便于部 件加 工及使用 。但 这一 方式并 不 能充分发 
挥 加钛 稳定 碳 的作 用 。因 为在 9 0 0  C以上随 着加 热温  度 的提高 ,钢 中奥 氏体 固溶 C量亦 随之增 加 。固溶于 
奥 氏体 中 的碳 在 7 0C以下 处 于过 饱 和 不 平衡 状 态 , 0_  

( )对于 T / 比低 或 固溶处 理 晶 间腐蚀 不 合格  2 iC 的钢 材 ,采 用稳定 化处 理可提 高其抗 晶 间腐蚀性 。   ( )对 于不作 为最终 热处 理 的钢 材 ,采 用 固溶处  3 理时 ,勿需 提高其 固溶 温度 和水淬 能力 。  
参考文献 :  

条 件合适 就会沿 晶界析 出 ,而引起 晶 间腐蚀倾 向。淬  火 温度越 高 ,冷 却 固溶 能力 越强 ,表现得 越强 烈 。所 
以淬 火处 理 的板 材 ,虽 然加 钛量 满 足 T / >5 iC ,但是 
[] 王 笑 天 . 属 材 料 学 E ] 京 : 械 工 业 出 版 社 ,9 7 1 金 M .北 机 18  [ ] 陆 世 英 .不锈 钢 [ ] 京 : 子 能 出版 社 ,9 5 2  M .北 原 19 .  

T/ iC较 低 时往 往 出 现大 批 晶腐 不 合 格现 象 ,而 对 于 

Re e r h o   r o i n— e i tn   r o m a e o   Cr 8 9   s a c   n Co r s o r s s i g Pe f r nc   f 1   Ni Ti l
W AN G  iz   Pe — hi
( i a   r n a d S e l( o p)Co Lt Ta y a   3 0 3, i a   Tayu n I o   n   t e Gr u . d., i u n 0 0 0 Ch n )

Ab t a t By a l zng t   or o i r ss i g m e ha s    1 s r c :   na y i  he c r son—e itn   c nim of Crl Ni T i t s p pe   t id t   or o i — e itn   ror a e of 8 9 , hi  a r s ude   he c r son r ss i g pe f m nc    

t e s e lt e t d b   o v n in l h a i g te t n . e r s l c n b   s d a   ee e c   o   k n   p h   e t g r a me t h   t e  r a e   y c n e to a  e t   r a me t Th   e u t a   e u e   s r f r n e f r ma i g u  t e h a i  te t n   n   n

tc n lg   f1 l NiTii c o d n ewi  t  /  a i. e h oo yo  Cr  9  na c r a c  t i TiC r t   8 h s o
Ke   y wor ds: or o in— e itng; e f r a c r s a c   c r so r ss i p r o m n e;e e r h

( 接第 5 上 3页 )  
参考文献:  

北 京 : 华 大 学 出 版 社 ,9 8 清 19.  

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App i a i n o   lc to   f VBA  n Fl s e s Di  r i   i   a hl s   e Fo g ng CAPP S s e f r Ge r Bl nk     y t m  o   a   a s
HAO  i n i ,YAN Hu — n,W ANG  , CHI Ch n — h n J a —i   a mi Ze   e g z o g,XU  h — i   S u qn
( l g   fM a eilS in e& En ie rn   fTUT ,Tay a   3 0 4,Chia  Col eo  tra  ce c e gn eig o  iun0 0 2 n)

Ab ta t a e   nAu o sr c :B s do   t CAD Acie  e h oo y,tec aa trsi o be to in e   r g a   tv X tc n lg h  h rce it   fo jc —re tdp o r mmigo  c n  fVBA  a  e ne p u d d, h sb e  x o n e  
t ns he   om e d al   plc ins of VBA n l s e s di f gi     et i ed ap iato     i fa hls   e or ng CAPP  ys e s t m f   e   l nk  ha e e n lus r t d or g ar b a s v  b e  il ta e


The ys e  s t m 

s o   h r c e it   fsmp e c d ,h g   u n n   p e   n   r c ia n e f c s h ws c a a t rs i o  i l  o e c ih r n i g s e d a d p a t lit ra e ,wh c   a   r a l   c e s   h   e h ia  e i n n   c ih c n g e ty i r a e t et c n c l sg i g n d
e fc e c   d q lt     ls es  e f r i g i g arblnks  fii n y an   ua iy offa hl s di  o g n  “ e   a .

Ke   r s VBA ;CAP y wo d : P;fa h e s de f r i g;g a   l n s l s ls   i o gn e rb a k  


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