TP321不銹鋼無縫鋼管晶間腐蝕性能的技術攻關
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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無錫不銹鋼的晶間腐蝕是一種腐蝕破壞現象，表現為晶粒間喪失結合力，以致材料的強度變差。對于晶間腐蝕的產生原因有許多不同的理論，如貧鉻理論、晶界吸附理論、沉淀相亞穩論、亞穩相溶解理論、應力論、沉淀相形貌論和腐蝕電化學理論等。
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；在晶界及其鄰近區域的的Cr會由于碳化物Cr23C6在晶界的沉淀而發生貧乏現象，造成晶界周圍出現貧鉻區，當Cr質量分數降低至12%左右時，在某些腐蝕介質中沿著材料晶界產生腐蝕，使晶粒間喪失結合力，即產生晶界腐蝕現象。
TP321不銹鋼（UNS S32168）是在TP304不銹鋼基礎上加入Ti元素，以增強其抗晶間腐蝕能力和耐高溫性能，其原理是形成穩定的MC型碳化物TiC，以碳化物形成自由焓變化來衡量，TiC遠比碳化鉻穩定，可減少碳化鉻的形成。
在歐美等發達地區市場，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，根據國際不銹鋼論壇（ISSF）公布的數據顯示，2012年，我國TP321不銹鋼無縫鋼管的表觀消費量在10萬t左右。由于生產工藝與檢驗條件的限制，目前國內生產的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年投產以來，TP321不銹鋼無縫鋼管產量約占總產量的35%，晶間腐蝕檢驗一次合格率在70%左右，遠低于其他不銹鋼產品的水平（≥95%）。為提高成材率，更好地滿足用戶需要，該公司技術人員針對TP321不銹鋼無縫鋼管耐晶間腐蝕性能進行了技術攻關，目標為將一次檢驗合格率提高至95%以上，達到日本住友金屬公司等國外先進制造商的水平。
目前國內TP321不銹鋼無縫鋼管的生產大都采用穿孔→冷軋（拔）→熱處理→矯直→酸洗→檢驗→包裝的生產方式。鋼管在冷變形后，采用固溶熱處理清除變形應力和改善組織，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。通過對標活動，對生產流程進行分析，從化學成分控制、熱處理制度調整、脫脂工藝優化等方面入手，使得TP321不銹鋼無縫鋼管的晶間腐蝕一次檢驗合格率穩定在95%以上，達到攻關目標。具體表現在：
（1）通過化學成分設計，調整C、Cr、Ni、Ti等元素比例，可優化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行固溶熱處理時，爐內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量較好，消除了增碳因素，且節約能源；
（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量影響較大，對耐蝕性能亦有不良影響；通過改進脫脂方法，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間（450～900℃）內使用且環境存在強腐蝕介質，應對鋼管進行穩定化處理。