上海滬工閥門廠(集團(tuán))有限公司
摘要:不銹鋼蝶閥在使用過程中出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。經(jīng)過金相組織分析、染色試臉、熱處理試臉、SEM 等試驗(yàn)分析,找到了材料銹蝕的關(guān)鍵因素是因?yàn)椴牧现醒鼐Ы绲奶蓟镂龀鲂纬韶氥t區(qū),從而造成不不銹鋼蝶閥銹蝕。
關(guān)鍵詞:蝶閥;銹蝕;碳化物
材質(zhì)為 CF8M 的不銹鋼蝶閥在使用過程中出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼經(jīng)正常熱處理后,室溫下組織應(yīng)為奧氏體,耐蝕性能很好。為了分析蝶閥的銹蝕原因,在其上取樣進(jìn)行分析。
1 試驗(yàn)方法
取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析(判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求)、金相組織檢查、熱處理工藝試驗(yàn)及 SEM 分析。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 化學(xué)成分
化學(xué)成分分析結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)成分見《表 1》。
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CF8M | 0.08 | 1.5 | 1.5 | 0.04 | 0.04 | 18~21 | 9~12 | 2~3 |
蝶閥 | 0.10 | 0.60 | 0.61 | 0.024 | 0.009 | 18.05 | 9.71 | 1.45 |
2.2 金相分析
從出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象的蝶閥上切取了金相試樣,經(jīng)磨制拋光后,用三氯化鐵水溶液腐蝕,在 Neophot-32 金相顯徽鏡上觀察分析,其金相組織由奧氏體與另一種析出物組成。從理論上講奧氏體不銹鋼經(jīng)正常熱處理后,應(yīng)得到均一奧氏體組織。組織中出現(xiàn)的另一析出物究竟是何組織,有兩種判斷:一是 σ 相,另一種是碳化物。σ 相與碳化物形成的條件不同,但都具有一個(gè)共同的特點(diǎn),那就是造成奧氏體不銹鋼對晶間腐蝕的敏感性。
首先采用了雜色法進(jìn)行 σ 相的鑒別。采用堿性赤血鹽水溶液(赤血鹽 10g + 氫氧化鉀 10g + 水 100ml),試樣在該試劑中煮沸2~4 min 后,鐵素體呈黃色,碳化物被腐蝕,奧氏體呈光亮色,σ 相由褐色變?yōu)楹谏。用上述方法將從蝶閥上切取的試樣在堿性赤血鹽水溶液中煮沸 4 min 后,在顯徽鏡下觀察,析出物保持了原形貌,未發(fā)現(xiàn)明顯變化。因此決定采用熱處理的方法進(jìn)一步試臉分析。
2.3 熱處理試驗(yàn)分析
σ 相是一種鐵鉻原子比例大致相等的金屬間化合物;瘜W(xué)成分、鐵素體、冷變形、溫變都不同程度地對 σ 相形成產(chǎn)生影響。采用染色法試驗(yàn),在顯微鏡下觀察析出相變化不明顯,故采用了熱處理的方法來鑒別 σ 相。有關(guān)資料介紹,σ 相通常是在 500~800℃ 長期時(shí)效中形成的。這是因?yàn)檩^高的溫度下時(shí)效有利于鉻的擴(kuò)散。再高溫度加熱 σ 相將開始溶解,溶解完畢至少要在 920℃ 以上。在高于 σ 相的穩(wěn)定溫度加熱可使之消除。形成 σ 相所需時(shí)間雖然很長,但消除 σ 相一般只要短時(shí)間加熱即可。根據(jù)這一理論,制定了熱處理工藝,觀察組織中的析出相是否可以消除。將從蝶閥上切取的試樣加熱到 940℃,保溫 30 min,然后在 Neophot-32 金相顯微鏡上觀察分析。經(jīng)熱處理后的試樣中的析出相沒有消除,并保持原形貌,由此證明了該組織中的析出相有可能不是 σ 相。
2.4 SEM 分析
有時(shí)鋼中出現(xiàn)的 σ 相,采用任何染色的方法均無法辨別其頗色,可采用 SEM 的分析方法來鑒別。因?yàn)橐阎?σ 相為鐵與鉻的化合物,含鉻量為 42%~48%,通過 EDS 定性和定量分析測出未知相的組成元素及其含量,從而確定未知相。
對基體和析出相進(jìn)行的微區(qū)定量分析結(jié)果見《表 2》。
成分 | Fe | Cr | Ni | Mo | Si | Mn |
---|---|---|---|---|---|---|
基體 | 70.463 | 16.365 | 10.211 | 1.239 | 0.466 | 1.257 |
析出相 | 56.908 | 33.629 | 3.681 | 4.835 | 0.040 | 0.907 |
EDS 分析結(jié)果表明,析出物的含鉻量為 33.6%,明顯高于基體中的 Cr 含量 16.3%,而 σ 相的含鉻量是 42%~48%,因而否認(rèn)析出相為 σ 相。綜合染色試臉、熱處理試驗(yàn)的結(jié)果,認(rèn)為不銹鋼蝶閥組織中的析出相不是 σ 相。經(jīng) SEM 觀察析出相為一種共晶組織,是以鉻為主的碳化物。
不銹鋼蝶閥的材料為鎳鉻奧氏體不銹鋼,這種材料一般都在固溶狀態(tài)下使用。在室溫狀態(tài)下,其組織為奧氏體,奧氏體不銹鋼在廣泛的腐蝕介質(zhì)中特別是大氣中具有良好的抗腐蝕能力。對不銹鋼蝶閥銹蝕的原因分析如下:
① 綜合上述各項(xiàng)試驗(yàn)的結(jié)果,可判定蝶閥材料組織中析出相不是 σ 相,故蝶閥的銹蝕現(xiàn)象不是由 σ 相引起的。
② 通過 SEM 觀察,確認(rèn)蝶閥的組織中析出相是以鉻為主的碳化物,這種共晶組織沿晶界分布。EDS 分析結(jié)果表明這種分布在晶界上的碳化物鉻含量明顯高于基體。這種碳化物是 M<sub>23</sub>C<sub>6</sub> 型。隨碳化物的析出,又得不到鉻的擴(kuò)散補(bǔ)充時(shí),以碳化鉻的形式沿奧氏體晶界析出,在碳化物周圍形成貧鉻區(qū),從而奧氏體不銹鋼晶界易被腐蝕。所以沿晶界析出的碳化物是造成蝶閥銹蝕的主要原因。
③ 經(jīng)固溶處理后的奧氏體不銹鋼,由于在高溫加熱時(shí)大部分碳化物被溶解,奧氏體中飽和了大量的碳與鉻,并因隨后的快速冷卻而固定下來,使材料有很商的耐腐蝕性。因此應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理工藝,固溶處理時(shí)將工件加熱至高退,使碳化物充分溶解,然后迅速冷卻,得到均一奧氏休組織。固溶處理后,如果采用緩慢冷卻,在冷卻過程中碳化鉻將沿晶界析出,從而導(dǎo)致材料耐腐蝕性能降低。