轧制退火处理对奥氏体不锈钢的耐腐蚀影响分析

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奥氏体不锈钢(Austenitic stainless steels,ASS)如304L不锈钢具有优良的耐腐蚀性、较优的冷、热加工性能和耐低温性能,但304L不锈钢在含高浓度卤素离子如Cl-的环境下会发生点蚀,使一些设备(如油田管道和储罐)存在潜在失效风险。此外,奥氏体不锈钢强度较低,限制了其应用于高载荷结构。晶粒细化能够提高ASS的强度,重度冷轧变形+退火处理是改变ASS晶粒尺寸的常用手段之一。尽管一些学者研究了晶粒尺寸对ASS的腐蚀影响,但冷轧和退火工艺的影响,腐蚀环境的影响,晶粒尺寸对ASS耐蚀性的影响等仍需进一步澄清。对此本文根据304L不锈钢机械搅拌氢化釜服役环境,开展经轧制退火处理后的304L在盐酸,氢氟酸以及混合酸(盐酸+氢氟酸)中的腐蚀情况,研究的主要内容和结论如下:本研究论文以304L不锈钢为研究对象,分析了轧制退火处理对于其耐腐蚀性能的影响。研究采用了采用重度冷轧变形+退火处理的方法制备了较大范围晶粒尺寸(1.87~35μm)的304L钢试样,讨论了不同退火工艺对于奥氏体不锈钢晶粒尺寸的影响,并采用浸泡腐蚀与电化学腐蚀对比的方法以及观察应力腐蚀开裂断口形貌分析了304L不锈钢在不同服役环境中的腐蚀行为,研究结果表明:(1)通过电化学腐蚀实验与浸泡腐蚀实验发现随着退火温度的增加,晶粒尺寸也随之增加,304L奥氏体不锈钢在腐蚀溶液中的耐蚀性均提高。1%HCl溶液中,轧制退火304L钢以穿晶为主(细晶)或穿晶和沿晶混合(粗晶)腐蚀为特征,但在1%HF溶液中,钢发生沿晶腐蚀。在2%HCl溶液,304L钢由穿晶和沿晶混合腐蚀特征转变为以穿晶腐蚀为主要特征。在2%HF溶液中,304L各试样仍以穿晶腐蚀为主,但腐蚀产物变得更加易于脱落。在1%HCl和1%HF混酸溶液中,试样的腐蚀特征与上述HCl或HF单独存在溶液的腐蚀特征明显都不同。700-20与900-20试样存在大量孔洞,粗晶1050-20试样由于晶界数量的减少,试样的亚晶界、孪晶界开始被腐蚀、溶解挖空,使晶内平行的晶面以台阶状清晰展现出,且部分区域出现沿孪晶界向试样内部深挖,导致大量数微米尺度的孔洞出现。(2)通过模拟不锈钢机械搅拌氢化釜服役环境,研究在混合酸下经轧制退火处理后的304L的应力腐蚀开裂行为,发现:随着晶粒尺寸的降低,材料的屈服强度相对减损率降低,抗拉强度减损率变化不大,但塑性和断裂时间的减损率增加,呈现相反的SCC敏感性指数变化趋势。这表明,在20%HCl+2%HF混合酸腐蚀环境下,细晶试样的塑性减损较严重,但屈服强度减损较小,但粗晶试样的屈服强度减损较大,而塑性减损则相对小一点。在空气中拉伸试样具有较明显的颈缩,特别是粗晶试样颈缩最明显,试样的断口表面布满韧窝,表明空气中拉伸试样发生韧性断裂。在混酸下腐蚀试样,细晶试样几乎无颈缩,断口呈现大量平行于轧制方向的二次裂纹,粗晶试样由于更高的退火温度,轧制导致的分层现象变缓和,材料本身塑性升高、应力水平降低,因此,二次裂纹减少,裂尖塑性变形增加,能够与腐蚀介质充分协同作用,导致解理断裂。随着晶粒尺寸的增加,腐蚀介质的作用增强。
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