TP321不銹鋼無縫鋼管晶間腐蝕性能的技術(shù)攻關(guān)
2015-8-17 8:56:32 點擊：
不銹鋼的晶間腐蝕是一種腐蝕破壞現(xiàn)象，表現(xiàn)為晶粒間喪失結(jié)合力，以致材料的強度變差。對于晶間腐蝕的產(chǎn)生原因有許多不同的理論，如貧鉻理論、晶界吸附理論、沉淀相亞穩(wěn)論、亞穩(wěn)相溶解理論、應(yīng)力論、沉淀相形貌論和腐蝕電化學(xué)理論等。
其中，貧鉻理論是最早提出且被廣泛接受的理論。對18-8型奧氏體不銹鋼，晶界處的晶格是不完整的，有利于金屬原子的擴散；在晶界及其鄰近區(qū)域的的Cr會由于碳化物Cr23C6在晶界的沉淀而發(fā)生貧乏現(xiàn)象，造成晶界周圍出現(xiàn)貧鉻區(qū)，當(dāng)Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至12%左右時，在某些腐蝕介質(zhì)中沿著材料晶界產(chǎn)生腐蝕，使晶粒間喪失結(jié)合力，即產(chǎn)生晶界腐蝕現(xiàn)象。
TP321不銹鋼（UNS S32168）是在TP304不銹鋼基礎(chǔ)上加入Ti元素，以增強其抗晶間腐蝕能力和耐高溫性能，其原理是形成穩(wěn)定的MC型碳化物TiC，以碳化物形成自由焓變化來衡量，TiC遠(yuǎn)比碳化鉻穩(wěn)定，可減少碳化鉻的形成。
在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)市場，TP321不銹鋼無縫鋼管已逐漸被TP304L、TP316L等低碳、超低碳不銹鋼無縫鋼管替代；但在我國，TP321不銹鋼無縫鋼管的需求量仍然很大，根據(jù)國際不銹鋼論壇（ISSF）公布的數(shù)據(jù)顯示，2012年，我國TP321不銹鋼無縫鋼管的表觀消費量在10萬t左右。由于生產(chǎn)工藝與檢驗條件的限制，目前國內(nèi)生產(chǎn)的TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能合格率不高，一次檢驗合格率為80%左右。山西太鋼不銹鋼鋼管公司自2009年投產(chǎn)以來，TP321不銹鋼無縫鋼管產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的35%，晶間腐蝕檢驗一次合格率在70%左右，遠(yuǎn)低于其他不銹鋼產(chǎn)品的水平（≥95%）。為提高成材率，更好地滿足用戶需要，該公司技術(shù)人員針對TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，目標(biāo)為將一次檢驗合格率提高至95%以上，達(dá)到日本住友金屬公司等國外先進(jìn)制造商的水平。
目前國內(nèi)TP321不銹鋼無縫鋼管的生產(chǎn)大都采用穿孔→冷軋（拔）→熱處理→矯直→酸洗→檢驗→包裝的生產(chǎn)方式。鋼管在冷變形后，采用固溶熱處理清除變形應(yīng)力和改善組織，即把鋼管加熱至奧氏體碳飽和曲線以上溫度保溫，使碳化物充分溶解到固溶體中再快速冷卻，將高溫組織在室溫下固定下來，獲得碳的過飽和固溶體。通過對標(biāo)活動，對生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，從化學(xué)成分控制、熱處理制度調(diào)整、脫脂工藝優(yōu)化等方面入手，使得TP321不銹鋼無縫鋼管的晶間腐蝕一次檢驗合格率穩(wěn)定在95%以上，達(dá)到攻關(guān)目標(biāo)。具體表現(xiàn)在：
（1）通過化學(xué)成分設(shè)計，調(diào)整C、Cr、Ni、Ti等元素比例，可優(yōu)化TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能；
（2）TP321不銹鋼無縫縫鋼管進(jìn)行固溶熱處理時，爐內(nèi)還原性氣氛易造成鋼管表面增碳；弱氧化性氣氛對鋼管表面質(zhì)量較好，消除了增碳因素，且節(jié)約能源；
（3）TP321不銹鋼無縫鋼管冷軋后脫脂不凈，對熱處理后鋼管表面質(zhì)量影響較大，對耐蝕性能亦有不良影響；通過改進(jìn)脫脂方法，可有效改善鋼管耐晶間腐蝕性能；
（4）固溶熱處理保溫溫度設(shè)定為1050℃，對TP321不銹鋼無縫鋼管的耐晶間腐蝕性能有利；
（5）若TP321不銹鋼無縫鋼管在敏感溫度區(qū)間（450～900℃）內(nèi)使用且環(huán)境存在強腐蝕介質(zhì)，應(yīng)對鋼管進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
其中，貧鉻理論是最早提出且被廣泛接受的理論。對18-8型奧氏體不銹鋼，晶界處的晶格是不完整的，有利于金屬原子的擴散；在晶界及其鄰近區(qū)域的的Cr會由于碳化物Cr23C6在晶界的沉淀而發(fā)生貧乏現(xiàn)象，造成晶界周圍出現(xiàn)貧鉻區(qū)，當(dāng)Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至12%左右時，在某些腐蝕介質(zhì)中沿著材料晶界產(chǎn)生腐蝕，使晶粒間喪失結(jié)合力，即產(chǎn)生晶界腐蝕現(xiàn)象。
TP321不銹鋼（UNS S32168）是在TP304不銹鋼基礎(chǔ)上加入Ti元素，以增強其抗晶間腐蝕能力和耐高溫性能，其原理是形成穩(wěn)定的MC型碳化物TiC，以碳化物形成自由焓變化來衡量，TiC遠(yuǎn)比碳化鉻穩(wěn)定，可減少碳化鉻的形成。
在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)市場，TP321不銹鋼無縫鋼管已逐漸被TP304L、TP316L等低碳、超低碳不銹鋼無縫鋼管替代；但在我國，TP321不銹鋼無縫鋼管的需求量仍然很大，根據(jù)國際不銹鋼論壇（ISSF）公布的數(shù)據(jù)顯示，2012年，我國TP321不銹鋼無縫鋼管的表觀消費量在10萬t左右。由于生產(chǎn)工藝與檢驗條件的限制，目前國內(nèi)生產(chǎn)的TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能合格率不高，一次檢驗合格率為80%左右。山西太鋼不銹鋼鋼管公司自2009年投產(chǎn)以來，TP321不銹鋼無縫鋼管產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的35%，晶間腐蝕檢驗一次合格率在70%左右，遠(yuǎn)低于其他不銹鋼產(chǎn)品的水平（≥95%）。為提高成材率，更好地滿足用戶需要，該公司技術(shù)人員針對TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，目標(biāo)為將一次檢驗合格率提高至95%以上，達(dá)到日本住友金屬公司等國外先進(jìn)制造商的水平。
目前國內(nèi)TP321不銹鋼無縫鋼管的生產(chǎn)大都采用穿孔→冷軋（拔）→熱處理→矯直→酸洗→檢驗→包裝的生產(chǎn)方式。鋼管在冷變形后，采用固溶熱處理清除變形應(yīng)力和改善組織，即把鋼管加熱至奧氏體碳飽和曲線以上溫度保溫，使碳化物充分溶解到固溶體中再快速冷卻，將高溫組織在室溫下固定下來，獲得碳的過飽和固溶體。通過對標(biāo)活動，對生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，從化學(xué)成分控制、熱處理制度調(diào)整、脫脂工藝優(yōu)化等方面入手，使得TP321不銹鋼無縫鋼管的晶間腐蝕一次檢驗合格率穩(wěn)定在95%以上，達(dá)到攻關(guān)目標(biāo)。具體表現(xiàn)在：
（1）通過化學(xué)成分設(shè)計，調(diào)整C、Cr、Ni、Ti等元素比例，可優(yōu)化TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能；
（2）TP321不銹鋼無縫縫鋼管進(jìn)行固溶熱處理時，爐內(nèi)還原性氣氛易造成鋼管表面增碳；弱氧化性氣氛對鋼管表面質(zhì)量較好，消除了增碳因素，且節(jié)約能源；
（3）TP321不銹鋼無縫鋼管冷軋后脫脂不凈，對熱處理后鋼管表面質(zhì)量影響較大，對耐蝕性能亦有不良影響；通過改進(jìn)脫脂方法，可有效改善鋼管耐晶間腐蝕性能；
（4）固溶熱處理保溫溫度設(shè)定為1050℃，對TP321不銹鋼無縫鋼管的耐晶間腐蝕性能有利；
（5）若TP321不銹鋼無縫鋼管在敏感溫度區(qū)間（450～900℃）內(nèi)使用且環(huán)境存在強腐蝕介質(zhì)，應(yīng)對鋼管進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
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