節(jié)鎳型不銹鋼管點狀腐蝕缺陷分析及改進

  浙江至德鋼業(yè)有限公司采用SEM、EDS及電化學測試系統(tǒng)等手段，對節(jié)鎳型不銹鋼管表面腐蝕缺陷可能涉及的因素進行分析排查，從而制定了一系列的改進措施。改進后能夠有效地抑制腐蝕的發(fā)生，保證了產品的表面質量。奧氏體不銹鋼按其化學成分可分為鉻鎳系（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蝕的誘發(fā)源，增加不銹鋼的點蝕敏感性，所以在實際生產過程中，節(jié)鎳型不銹鋼更容易發(fā)生點狀腐蝕缺陷。至德鋼業(yè)利用SEM、EDS以及電化學測試系統(tǒng)等手段，對節(jié)鎳型不銹鋼冷軋鋼卷初期生產過程中，板面上出現(xiàn)的點狀腐蝕缺陷的形態(tài)特征及成因進行分析排查，并在實驗室模擬驗證的基礎上，制定了一系列的改進措施，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過程中，板面上出現(xiàn)的點狀腐蝕缺陷，由圖可知，缺陷在試樣板面無規(guī)律狀態(tài)分布，形態(tài)為密集斑點凹坑狀點蝕，凹坑內目視無夾雜物，與正常區(qū)域有明顯色差，點蝕坑尺寸為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分別對樣板缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的表面形貌以及化學成分進行觀察和分析，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檢測結果，由表可以看出缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的化學成分差異不大，且均在正常范圍內，因此可以排除由于化學成分異常而導致鋼板表面點狀腐蝕發(fā)生的可能性。

  2.外界介質影響分析

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

  對除油區(qū)出口至爐區(qū)入口段的產線活套、鋼構進行檢查，無滴液噴濺，無異物掉落在帶鋼表面；對軋延油、脫脂劑各項參數(shù)以及作業(yè)人員的生產添加記錄進行檢查，均符合標準要求，未發(fā)現(xiàn)異常，因此排除由于外界介質的殘留或指標異常而導致鋼板表面點狀腐蝕發(fā)生的可能性。

  3.鋼板表面性能影響分析

  由于實際生產過程中，點狀缺陷更容易發(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，同時以304不銹鋼管為參比試樣，利用電化學測試系統(tǒng)對鋼板表面耐點蝕性能進行測試分析，三種試樣的化學成分見表。從成分可見，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，理論上會降低自身的抗腐蝕性。

  樣用環(huán)氧樹脂進行封裝，每個鋼種制備3個試樣，參比電極使用甘汞電極，輔助電極使用鉑電極。實驗后除去環(huán)氧樹脂等封裝物，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，則舍棄此電極測量值。試驗溶液為3.5%NaCl，試驗前向溶液中通入純氮30分鐘進行預除氧。以50mV/min的電位掃描速率進行陽極極化，當陽極電流密度達到時停止試驗。圖為三種不同鋼種的陽極極化曲線，對應的點蝕電位、腐蝕電位如表所示，從試驗結果可知，節(jié)鎳型不銹鋼201點蝕電位均比304不銹鋼管要低，這說明節(jié)鎳型不銹鋼的點蝕敏感性較高，在相同的條件下更容易發(fā)生點蝕。據(jù)文獻介紹，金屬的耐蝕能力與其表面的均勻性有關，夾雜物的分布和組成對點蝕有重大影響。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腐蝕最敏感的位置；另外晶界也是點腐蝕發(fā)生的敏感位置。這些敏感位置在腐蝕性介質中會優(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，三個鋼種的點蝕電位與腐蝕電位均與其鉻含量有正相關性，證明節(jié)鎳型不銹鋼比傳統(tǒng)的鎳鉻系不銹鋼更易產生腐蝕。

 4. 實驗室驗證試驗

  通過改變鋼板和外界腐蝕性介質的接觸方式（暴露時間、溫度、接觸物濃度等）對不銹鋼表面發(fā)生點蝕的問題進行驗證。經考察，鋼板生產過程中，最直接與鋼板接觸的腐蝕性介質是脫脂劑，下面工作主要是圍繞鋼板與脫脂劑的接觸狀態(tài)而展開。

  取軋機軋延后的含油試片，分為a、b、c三個比照組進行試驗，試驗方案見表。

  試驗后，模擬機組實際情況進行退火、電解、酸洗處理。圖為各組試樣進行驗證試驗后的表面形貌圖。由圖可知，a組試片進行退火酸洗時表面帶有軋延油，雖然較臟但未發(fā)現(xiàn)斑點狀腐蝕缺陷痕跡，排除軋延油因素單獨影響的可能；b組試片經脫脂劑長時間浸泡后進行退火酸洗，明顯可見密集型點狀腐蝕缺陷，且形態(tài)與機組產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，立刻進行退火酸洗，未發(fā)現(xiàn)點狀腐蝕缺陷痕跡，并且從鋼板板面質量觀察，脫脂劑濃度在4g/L時試樣表面質量最佳。

  為了更好的驗證b組的試驗結果，針對b組中脫脂劑的沖洗時間再做一組梯度試驗，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，浸泡時間分別4秒、8秒、12秒、16秒、20秒，再用純水沖洗5秒；模擬機組的實際情況，進行退火、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，且浸泡時間越長，缺陷呈現(xiàn)越明顯的趨勢。

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

三、改進措施及效果

  針對試驗結論，結合現(xiàn)場實際生產情況，采取了以下改進措施：

  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1.0mm以上節(jié)鎳型不銹鋼貫時，關閉預洗段前6組噴桿，縮短鋼管與脫脂劑接觸時間。采取上述改進措施后，有效控制了實際生產中節(jié)鎳型不銹鋼管表面點狀腐蝕缺陷的產生，缺陷量降低明顯，產品表面質量提高效果顯著，缺陷檢出及降級情況對比見表。

四、結論

  1. 浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對節(jié)鎳型不銹鋼管點狀腐蝕缺陷進行SEM、EDS及電化學檢測，找出產生點狀腐蝕缺陷的原因為帶鋼表面與堿性脫脂劑長時間接觸。脫脂劑的濃度越高，接觸時間越長，點狀缺陷腐蝕越明顯。

  2. 驗證試驗證明了節(jié)鎳型不銹鋼管的點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，生產節(jié)鎳型不銹鋼管時，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間，以便清洗。

  3. 采取適當?shù)母倪M措施后，有效控制了實際生產中節(jié)鎳型不銹鋼管表面點狀腐蝕缺陷的產生，缺陷量大幅度降低，產品表面質量明顯提高。