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摘要：近年来，随着城市化建设的发展和进步，市政工程也得到了一定的发展，其中市政给排水管道工程是其重要组成部分，尤其是管道设计是关键，城市用水中所含的腐蚀性成分混杂，对于管道的腐蚀严重，当前，已经针对普通的腐蚀现象进行了改善，但是仍然存在管道被腐蚀从而缩短其寿命的现象，因此，本文选择含 Cr 奥氏体不锈钢作为案例，通过实验对于其腐蚀性问题进行了分析研究。
关键词：市政给排水管道；耐蚀设计
引言
市政给排水管道工程是市政工程的重要组成部分，给排水管道设计是关乎整个工程发展的关键，尤其是管道的耐蚀性是决定管道使用寿命的关键所在，即就是说市政给排水管道的耐蚀设计直接关乎着整个管道工程的发展，所以要合理进行管道设计，提升其耐腐蚀性，为此，本文主要以钢管的晶间腐蚀实验进行了具体分析。
一、实验用材的选择
实验用材为排水管道用含 Cr 奥氏体不锈钢实际化学成分（质量分数%）采用电感耦合等离子发射光谱测试，结果为0.11C，0.72Mn，18.2Cr，9.2Ni，3.1Cu，0.41 Nb，余量为Fe。管道用含Cr奥氏体不锈钢通常的制造工艺流程为熔炼~热轧~挤压冲孔~软化处理~冷拉拔~固溶处理~检测包装等，供货状态一般都固溶处理态。
二、方法
将实验用的奥氏体不锈钢加工成15 mm×15 mm×6 mm试样，在NABERTHERM马弗炉中分别对试样进行固溶处理、固溶+敏化处理以及固溶+稳定化+敏处理。固溶处理制度为1120 0C× 20 min，在固溶处理的基础上对钢管进行敏化处理，敏化制度为150 0C×30 min。固溶+稳定化+敏化处理中的稳定化处理制度分别为950，1000，1050和100℃保温处理2h，之后进行水冷。采用FESEM-60场发射扫描电镜对不同热处理态试样进行扫描电镜显微组织观察；X射线衍射分析采用德国D-8衍射仪进行，扫描角度20°- 90°，扫描速度2 0/min；品间腐蚀试验按GB/T 4334-2008进行，金相组织置于LEICA倒置金相显微镜下观察；电化学性能测试在IM6e电化学工作站上进行，测定采用三电极体系，被测试样做工作电极，R金电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，测试标准采用美国的ASTMGS标准，分别测试再活化电流和活化电流值。
三、结果
对实验用钢进行固溶处理、固溶+敏化处理，经1120 0C x 20 min固溶处理后，奥氏体基体组织中仍然有颗粒状的自色析出相分布在品界附近，同时在品内还可以发现少量弥散析出的块状或者球状析出相，结合文献可知，这些自色的析出相主要为富Nb相，在组织中并未发现有链球状的M23C6（M=Fe，Cr）相存在，Cr和C元素已固溶于奥氏体中，达到了固溶效果；经固溶+敏化处理后的基体组织中的自色析出相的数量明显增多，但尺寸较固溶状态减小，且在品界附近产生了球状析出相聚集现象，这些很可能是敏化处理过程中由过饱和固溶体中析出的M23C6（M=Fe，Cr）相。
分别对经固溶处理、固溶+敏化处理后的实验用钢进行草酸电解浸蚀试验，以评定试样的品间腐蚀状态。固溶处理后的实验用钢经草酸腐蚀后的品界上没有出现腐蚀沟或者腐蚀坑，基体组织中呈现出台阶状形貌；固溶+敏化处理后的实验用钢经草酸腐蚀后，大部分品粒都已经被腐蚀沟或者腐蚀坑包围，试样已发生了严重的品间腐蚀。对比分析可以发现，通常使用的给排水钢管的高品间腐蚀敏感性不是供货态的固溶处理工艺不恰当产生的，而应该是供货态的热处理工艺不能保证自色的富Nb相充分析出。因此，为了改善给排水管道的抗品间腐蚀能力有必要对供货态的钢管追加一道稳定化处理工艺，以使得富Nb相以较大速度析出的同时，保证M23C6（M=Fe，Cr）相不能析出。
图1为从固溶+不同温度稳定化处理后的钢管中萃取的碳化物的X射线衍射图谱。可看出，固溶处理态的析出相主要为Nb（C，N）相，属于面心立方结构，这也就证明了在1120 0C x 20 min的固溶处理制度下能够保证Cr和C元素的充分固溶；当对固溶态试样进行950 0C稳定化处理后，除了主相Nb（C，N）相外，还出现了一定数量的M}C6（M=Fe，Cr）相，这也就说明950℃稳定化处理后品界上将出现链球状的M23C6（M=Fe，Cr）相；随稳定化处理温度的升高，在1000 ℃稳定化处理后的XRD图谱中并未发现M23C6（M=Fe，Cr）相的衍射峰，而是以Nb（C，N）相和NbC相为主，其中NbC是由于C原子未被N原子取代所致；稳定化温度升高至1050℃，碳化物衍射峰中只有Nb（C，N）相；继续升高稳定化温度至1100 0C，衍射峰中主要含有Nb（C，N）相，还有极微弱的s-Cu相，这可能与稳定化温度过高有关。由此可以推测，M23C6（M=Fe，Cr）相在1000 ℃及以上稳定化处理后消失，Nb（C，N）相为稳定化处理后的主要析出相。
图 1 固溶+不同温度稳定化处理后的碳化物的 XRD 图谱
对固溶+不同温度稳定化+敏化处理后的钢管进行扫描电镜显微组织观察，在稳定化处理温度为900℃时，品界附近可以清晰地看到断续分布的链球状M}C6（M=Fe，Cr）析出相，尺寸较大为300 nm左右，尺寸较小的在100 nm以下。结合固溶处理、固溶+敏化处理后的SEM形貌可知，尺寸较大的链球状M23C6（M=Fe，Cr）析出相主要是在稳定化处理过程中形成的，而尺寸较小的链球状M23C6（M=Fe，Cr）析出相是在敏化过程中形成的；稳定化处理温度上升至1000℃时，尺寸较大的析出相的数量明显减少，而发现了较多的细小纳米级M23C6（M=Fe，Cr）析出相，但是析出相的总体数量有所减小；继续升高稳定化处理温度至1050℃时，大颗粒和小颗粒的M23C6（M=Fe，Cr）析出相数量都进一步减少；当稳定化升高至1100℃时，品界上基本看不见M23C6（M=Fe，Cr）析出相的存在。由此可见，随稳定化温度的升高，敏化处理后的试样品界上的M23C6（M=Fe，Cr）析出相逐渐减少，而Nb（C，N）相的析出数量在增加。
图2为固溶+不同温度稳定化+敏化后的双环电化学动电位再活化（（DL-EPR）曲线，每种状态下的曲线的正向扫描起始电位为-0.41 V，方向扫描的起始电位为0.3 V。评定钢管的品间腐蚀敏感性有四种判据：再活化峰峰值电流Ir、再活化电量Q、电流比Ir/la、电量比Qr/Qb。根据再活化电流与活化电流的比值来确定各热处理态下试样的敏化度，由此来判定试样的抗品间腐蚀能力。计算得出的固溶+敏化、固溶+950℃稳定化+敏化、固溶+1000 ℃稳定化+敏化、固溶+1050℃稳定化+敏化、固溶+1100 ℃稳定化+敏化的敏化度（Ir/la）分别为0.011，0.114，0.039，0.011和0.004。固溶+950 ℃稳定化+敏化后的敏化度比固溶+敏化后的试样高出一个数量级，说明此时品间腐蚀倾向加剧。随稳定化处理温度的升高，敏化度逐渐下降，说明抗品间腐蚀能力上升，固溶+敏化处理态钢管的敏化度与固溶+l050 0C稳定化+敏化处理试样抗品间腐蚀能力相当。
图2 固溶+不同温度稳定化+敏化后的 DL-EPR 曲线对四种固溶+稳定化+敏化处理后的管道的品间腐蚀敏感性进行草酸电解腐蚀试验，经固溶+950 ℃稳定化+敏化处理后的钢管组织中的所有品粒基本都被腐蚀沟包围；当稳定化温度继续升高至l000℃时，这种品粒被腐蚀沟包围的现象依然存在；经固溶+l050 ℃稳定化+敏化处理后的钢管组织中的腐蚀沟呈现断续状分布，只有部分品粒被腐蚀沟包围，且品间腐蚀程度与固溶+敏化态试样接近，这也与双环电化学动电位再活化（（DL-EPR）曲线中的测试结果保持一致；当稳定化温度继续升高至1100℃时，试样中的大部分品界处都只剩下稀疏的腐蚀沟，呈现出腐蚀坑与台阶状共存的混合组织，其品间腐蚀程度明显低于固溶+敏化处理态，这也与双环电化学动电位再活化（DL-EPR）曲线中的测试结果保持一致。
结束语
综上所述，M23C6（M=Fe，Cr）相在1000 0C及以上稳定化处理后消失，Nb（C，N）相为组织中的主要析出相；随稳定化温度的升高，敏化处理后的试样品界上的M23C6（M=Fe，Cr）析出相逐渐减少，而Nb（C，N）相的析出数量在增加。随稳定化处理温度的升高，钢管的抗品间腐蚀能力逐渐增强；对固溶态钢管进行1100℃保温2h的稳定化处理可以显著改善钢管的抗品间腐蚀能力。
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论文作者:李刚
论文发表刊物:《基层建设》2015年9期
论文发表时间:2016/9/19
标签：稳定论文; 试样论文; 温度论文; 管道论文; 钢管论文; 给排水论文; 奥氏体论文; 《基层建设》2015年9期论文;