不銹鋼蝶閥銹蝕原因分析及解決辦法

欄目:蝶閥知識 發布時間:2021-12-02

摘要:不銹鋼蝶閥在使用過程中出現銹蝕現象。經過金相組織分析、染色試臉、熱處理試臉、SEM等試驗分析,找到了材料銹蝕的關鍵因素是因為材料中沿晶界的碳化物析出形成貧鉻區,從而造成不不銹鋼蝶閥銹蝕。

關鍵詞蝶閥;銹蝕;碳化物

材質為CF8M的不銹鋼蝶閥在使用過程中出現銹蝕現象。奧氏體不銹鋼經正常熱處理后,室溫下組織應為奧氏體,耐蝕性能很好。為了分析蝶閥的銹蝕原因,在其上取樣進行分析。

1試驗方法

取樣進行化學成分分析(判斷是否符合標準要求)、金相組織檢查、熱處理工藝試驗及SEM分析。

2試驗結果及分析

2.1化學成分

化學成分分析結果及標準成分見《表1》。

《表1》化學成分分析結果/% 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

從出現銹蝕現象的蝶閥上切取了金相試樣,經磨制拋光后,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正常熱處理后,應得到均一奧氏體組織。組織中出現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,但都具有一個共同的特點,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2~4min后,鐵素體呈黃色,碳化物被腐蝕,奧氏體呈光亮色,σ相由褐色變為黑色。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4min后,在顯徽鏡下觀察,析出物保持了原形貌,未發現明顯變化。因此決定采用熱處理的方法進一步試臉分析。

2.3熱處理試驗分析

σ相是一種鐵鉻原子比例大致相等的金屬間化合物?;瘜W成分、鐵素體、冷變形、溫變都不同程度地對σ相形成產生影響。采用染色法試驗,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。有關資料介紹,σ相通常是在500~800℃長期時效中形成的。這是因為較高的溫度下時效有利于鉻的擴散。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相的穩定溫度加熱可使之消除。形成σ相所需時間雖然很長,但消除σ相一般只要短時間加熱即可。根據這一理論,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30min,然后在Neophot-32金相顯微鏡上觀察分析。經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。

2.4SEM分析

有時鋼中出現的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。因為已知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。

對基體和析出相進行的微區定量分析結果見《表2》。

《表2》EDS定量分析結果/% 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%,因而否認析出相為σ相。綜合染色試臉、熱處理試驗的結果,認為不銹鋼蝶閥組織中的析出相不是σ相。經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下使用。在室溫狀態下,其組織為奧氏體,奧氏體不銹鋼在廣泛的腐蝕介質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綜合上述各項試驗的結果,可判定蝶閥材料組織中析出相不是σ相,故蝶閥的銹蝕現象不是由σ相引起的。

②通過SEM觀察,確認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,又得不到鉻的擴散補充時,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,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經固溶處理后的奧氏體不銹鋼,由于在高溫加熱時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。因此應嚴格控制熱處理工藝,固溶處理時將工件加熱至高退,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,從而導致材料耐腐蝕性能降低。

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