節(jié)鎳型不銹鋼管點(diǎn)狀腐蝕缺陷分析及改進(jìn)

  浙江至德鋼業(yè)有限公司采用SEM、EDS及電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)等手段，對(duì)節(jié)鎳型不銹鋼管表面腐蝕缺陷可能涉及的因素進(jìn)行分析排查，從而制定了一系列的改進(jìn)措施。改進(jìn)后能夠有效地抑制腐蝕的發(fā)生，保證了產(chǎn)品的表面質(zhì)量。奧氏體不銹鋼按其化學(xué)成分可分為鉻鎳系（300系）奧氏體不銹鋼和鉻錳系（200系）奧氏體不銹鋼兩個(gè)系列，其中鉻錳系奧氏體不銹鋼是在鉻鎳系奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，往鋼中加入錳、氮等元素代替添加貴重金屬鎳元素，又稱為節(jié)鎳型不銹鋼。節(jié)鎳型不銹鋼中因添加了錳、氮元素，大大增加了夾雜物生成的幾率。而這些夾雜物以及夾雜物周圍基體很容易成為點(diǎn)蝕的誘發(fā)源，增加不銹鋼的點(diǎn)蝕敏感性，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，節(jié)鎳型不銹鋼更容易發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕缺陷。至德鋼業(yè)利用SEM、EDS以及電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)等手段，對(duì)節(jié)鎳型不銹鋼冷軋鋼卷初期生產(chǎn)過(guò)程中，板面上出現(xiàn)的點(diǎn)狀腐蝕缺陷的形態(tài)特征及成因進(jìn)行分析排查，并在實(shí)驗(yàn)室模擬驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，制定了一系列的改進(jìn)措施，取得較好效果。

一、缺陷形態(tài)特征

  圖為節(jié)鎳型不銹鋼管初期生產(chǎn)過(guò)程中，板面上出現(xiàn)的點(diǎn)狀腐蝕缺陷，由圖可知，缺陷在試樣板面無(wú)規(guī)律狀態(tài)分布，形態(tài)為密集斑點(diǎn)凹坑狀點(diǎn)蝕，凹坑內(nèi)目視無(wú)夾雜物，與正常區(qū)域有明顯色差，點(diǎn)蝕坑尺寸為1~3 mm。

二、缺陷成因分析

  1. 合金成分影響分析

  浙江至德鋼業(yè)有限公司利用SEM與EDS分別對(duì)樣板缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的表面形貌以及化學(xué)成分進(jìn)行觀察和分析，缺陷區(qū)域與正常區(qū)域的表面形貌如圖所示。從圖中可以看出，缺陷區(qū)域出現(xiàn)了明顯的腐蝕跡象，表面晶粒呈現(xiàn)不完整的狀態(tài)，而正常區(qū)域的晶粒界限完整。表為試樣EDS檢測(cè)結(jié)果，由表可以看出缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的化學(xué)成分差異不大，且均在正常范圍內(nèi)，因此可以排除由于化學(xué)成分異常而導(dǎo)致鋼板表面點(diǎn)狀腐蝕發(fā)生的可能性。

  2.外界介質(zhì)影響分析

  從產(chǎn)線入口到爐子出口與帶鋼接觸的介質(zhì)有軋延油、脫脂劑、入口活套可能滴落的油水混合物及其他雜質(zhì)。

  對(duì)除油區(qū)出口至爐區(qū)入口段的產(chǎn)線活套、鋼構(gòu)進(jìn)行檢查，無(wú)滴液噴濺，無(wú)異物掉落在帶鋼表面；對(duì)軋延油、脫脂劑各項(xiàng)參數(shù)以及作業(yè)人員的生產(chǎn)添加記錄進(jìn)行檢查，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，未發(fā)現(xiàn)異常，因此排除由于外界介質(zhì)的殘留或指標(biāo)異常而導(dǎo)致鋼板表面點(diǎn)狀腐蝕發(fā)生的可能性。

  3.鋼板表面性能影響分析

  由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，點(diǎn)狀缺陷更容易發(fā)生在節(jié)鎳型不銹鋼管表面，因此選取兩種節(jié)鎳型不銹鋼為研究試樣，同時(shí)以304不銹鋼管為參比試樣，利用電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)鋼板表面耐點(diǎn)蝕性能進(jìn)行測(cè)試分析，三種試樣的化學(xué)成分見(jiàn)表。從成分可見(jiàn)，201不銹鋼管的鎳、鉻含量較低，錳、氮含量較高，為節(jié)鎳型不銹鋼的典型代表。由于鉻含量的降低，理論上會(huì)降低自身的抗腐蝕性。

  樣用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行封裝，每個(gè)鋼種制備3個(gè)試樣，參比電極使用甘汞電極，輔助電極使用鉑電極。實(shí)驗(yàn)后除去環(huán)氧樹(shù)脂等封裝物，用10倍放大鏡檢查試樣與封裝物接觸區(qū)域是否有縫隙腐蝕發(fā)生，若有發(fā)生，則舍棄此電極測(cè)量值。試驗(yàn)溶液為3.5%NaCl，試驗(yàn)前向溶液中通入純氮30分鐘進(jìn)行預(yù)除氧。以50mV/min的電位掃描速率進(jìn)行陽(yáng)極極化，當(dāng)陽(yáng)極電流密度達(dá)到時(shí)停止試驗(yàn)。圖為三種不同鋼種的陽(yáng)極極化曲線，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)蝕電位、腐蝕電位如表所示，從試驗(yàn)結(jié)果可知，節(jié)鎳型不銹鋼201點(diǎn)蝕電位均比304不銹鋼管要低，這說(shuō)明節(jié)鎳型不銹鋼的點(diǎn)蝕敏感性較高，在相同的條件下更容易發(fā)生點(diǎn)蝕。據(jù)文獻(xiàn)介紹，金屬的耐蝕能力與其表面的均勻性有關(guān)，夾雜物的分布和組成對(duì)點(diǎn)蝕有重大影響。節(jié)鎳型不銹鋼中因添加了大量的錳元素，為生成夾雜物提供了條件，而夾雜物是不銹鋼材料萌生點(diǎn)腐蝕最敏感的位置；另外晶界也是點(diǎn)腐蝕發(fā)生的敏感位置。這些敏感位置在腐蝕性介質(zhì)中會(huì)優(yōu)先發(fā)生腐蝕，而圖中所描述的腐蝕現(xiàn)象就是不銹鋼沿著晶界發(fā)生的腐蝕。

  表中可以看出，三個(gè)鋼種的點(diǎn)蝕電位與腐蝕電位均與其鉻含量有正相關(guān)性，證明節(jié)鎳型不銹鋼比傳統(tǒng)的鎳鉻系不銹鋼更易產(chǎn)生腐蝕。

 4. 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證試驗(yàn)

  通過(guò)改變鋼板和外界腐蝕性介質(zhì)的接觸方式（暴露時(shí)間、溫度、接觸物濃度等）對(duì)不銹鋼表面發(fā)生點(diǎn)蝕的問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)考察，鋼板生產(chǎn)過(guò)程中，最直接與鋼板接觸的腐蝕性介質(zhì)是脫脂劑，下面工作主要是圍繞鋼板與脫脂劑的接觸狀態(tài)而展開(kāi)。

  取軋機(jī)軋延后的含油試片，分為a、b、c三個(gè)比照組進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案見(jiàn)表。

  試驗(yàn)后，模擬機(jī)組實(shí)際情況進(jìn)行退火、電解、酸洗處理。圖為各組試樣進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)后的表面形貌圖。由圖可知，a組試片進(jìn)行退火酸洗時(shí)表面帶有軋延油，雖然較臟但未發(fā)現(xiàn)斑點(diǎn)狀腐蝕缺陷痕跡，排除軋延油因素單獨(dú)影響的可能；b組試片經(jīng)脫脂劑長(zhǎng)時(shí)間浸泡后進(jìn)行退火酸洗，明顯可見(jiàn)密集型點(diǎn)狀腐蝕缺陷，且形態(tài)與機(jī)組產(chǎn)生的腐蝕缺陷極為相似；c組試片用不同濃度的脫脂劑將軋延油沖洗干凈后，立刻進(jìn)行退火酸洗，未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕缺陷痕跡，并且從鋼板板面質(zhì)量觀察，脫脂劑濃度在4g/L時(shí)試樣表面質(zhì)量最佳。

  為了更好的驗(yàn)證b組的試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)b組中脫脂劑的沖洗時(shí)間再做一組梯度試驗(yàn)，具體方法為：取5塊相同的試片，使用濃度為2g/L的脫脂劑沖洗6秒，待試片表面軋延油沖洗干凈后，浸泡在濃度為2g/L的脫脂劑中，浸泡時(shí)間分別4秒、8秒、12秒、16秒、20秒，再用純水沖洗5秒；模擬機(jī)組的實(shí)際情況，進(jìn)行退火、電解、酸洗處理，最終試片表面形貌如圖5所示，試片表面均出現(xiàn)不同程度的腐蝕缺陷，且浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，缺陷呈現(xiàn)越明顯的趨勢(shì)。

 綜上所述，腐蝕缺陷僅出現(xiàn)在經(jīng)脫脂劑浸泡過(guò)的試片上，試片與脫脂劑接觸時(shí)間越長(zhǎng)，缺陷越明顯，這與實(shí)際生產(chǎn)時(shí)鋼板在脫脂工序間浸泡時(shí)間較長(zhǎng)后，板面極易誘發(fā)腐蝕的狀況完全吻合。

三、改進(jìn)措施及效果

  針對(duì)試驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，采取了以下改進(jìn)措施：

  1. 將脫脂劑濃度降低到4g/L；

  2. 加大清洗水水量，制定循環(huán)桶、噴桿清理周期，保證脫脂后板面清潔；

  3. 生產(chǎn)1.0mm以上節(jié)鎳型不銹鋼貫時(shí)，關(guān)閉預(yù)洗段前6組噴桿，縮短鋼管與脫脂劑接觸時(shí)間。采取上述改進(jìn)措施后，有效控制了實(shí)際生產(chǎn)中節(jié)鎳型不銹鋼管表面點(diǎn)狀腐蝕缺陷的產(chǎn)生，缺陷量降低明顯，產(chǎn)品表面質(zhì)量提高效果顯著，缺陷檢出及降級(jí)情況對(duì)比見(jiàn)表。

四、結(jié)論

  1. 浙江至德鋼業(yè)有限公司通過(guò)對(duì)節(jié)鎳型不銹鋼管點(diǎn)狀腐蝕缺陷進(jìn)行SEM、EDS及電化學(xué)檢測(cè)，找出產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕缺陷的原因?yàn)閹т摫砻媾c堿性脫脂劑長(zhǎng)時(shí)間接觸。脫脂劑的濃度越高，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，點(diǎn)狀缺陷腐蝕越明顯。

  2. 驗(yàn)證試驗(yàn)證明了節(jié)鎳型不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位及腐蝕電位都比傳統(tǒng)304不銹鋼低，更易受外界影響發(fā)生腐蝕。因此，生產(chǎn)節(jié)鎳型不銹鋼管時(shí)，要充分考慮除油環(huán)節(jié)，既要保證有效除油，也要控制脫脂劑濃度及接觸時(shí)間，以便清洗。

  3. 采取適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施后，有效控制了實(shí)際生產(chǎn)中節(jié)鎳型不銹鋼管表面點(diǎn)狀腐蝕缺陷的產(chǎn)生，缺陷量大幅度降低，產(chǎn)品表面質(zhì)量明顯提高。