不锈钢法兰酸洗腐蚀的失效分析

不锈钢法兰因具有良好的耐腐蚀性能而被广泛用于船舶管道工程，作为管道连接的重要零件，其具有连接使用方便、保持管路密封性能、便于某段管路的检查和更换等优点。公司某型船近期采购了一批次304法兰，该法兰在使用前送往酸洗厂进行酸洗钝化处理，放人酸洗槽十几分钟部分法兰表面开始出现气泡，取出法兰清洗后发现腐蚀现象。为了查明该批次法兰被腐蚀的原因，预防产品质量问题再次发生，减少经济损失，我们对该批次法兰取样进行化学分析和金相检验。

1理化检验

1.1化学成分分析

    在腐蚀法兰上切取化学分析试样，采用美国贝尔德DV-6型火花直读光谱仪测定其化学成分，结果如表I所示。对照ASTMA276-2013《Standard Specification forStainless Steel Bars and Shapes》中304不锈钢化学成分的技术要求，该失效法兰化学成分中Cr元素含量比标准值偏低。

1.2金相检验

    在失效法兰腐蚀处截取一个纵向截面试样，抛光后，未浸蚀，在蔡司金相显微镜下观察，非金属夹杂物按GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》评定:硫化物类为1.5级;氧化铝类为0级;硅酸盐类为0级;球状氧化物为1.5级。

    试样经三氯化铁盐酸水溶液浸蚀，在100 x金相显微镜下观察，发现材料中奥氏体晶粒极不均匀，晶粒度级别按GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定方法》评定，粗晶区可评为1.5级(见图3);细晶区可评为4.0级。

    观察近表面腐蚀处的显微组织可以发现，腐蚀是从金属表面开始，集中发生在奥氏体晶界上并向材料内部延伸，此区域的晶界因腐蚀遭到破坏，晶粒间的结合强度几乎完全丧失，受腐蚀严重的金属甚至形成粉末，很容易从材料表面刮下来。

    通过500x金相显微镜观察腐蚀法兰的高倍组织，其显微组织为奥氏体+少量铁素体+晶界上析出的第共相颗粒。

2综合分析

    理化检验结果表明，该不锈钢法兰的化学成分中Cr元素含量略低于标准值，Cr元素是决定不锈钢耐腐蚀性能最重要的一种元素，它可以跟氧气反应产生Cr的氧化物，形成钝化层，起到防止腐蚀的作用。且该材料中非金属硫化物含量较高，硫化物在局部区域的聚集，会导致其周围区域Cr元素浓度的降低，形成贫Cr区，从而影响不锈钢的耐腐蚀性能。

    观察不锈钢法兰的晶粒，可以发现其晶粒大小极不均匀，组织中大小不均的混合晶粒容易形成电极电位的差异，产生微电池，从而导致材料表面发生电化学腐蚀。不锈钢法兰的粗细混合晶粒主要与热加工形变工艺有关，是由于其锻造时晶粒急剧形变导致的。

    分析法兰近表面腐蚀处的显微组织可以得出，腐蚀是从法兰表面开始，沿着奥氏体晶界向内部延伸，材料的高倍显微组织显示该材料的奥氏休晶界上有较多的第只相析出，晶界上聚集的第三相容易导致其晶界贫铬，引起晶间腐蚀倾向，大大降低其抗腐蚀性能。

    不锈钢中的第三相主要有细小碳化物( M 23C6 )、σ相和δ铁素体等，它们都对不锈钢的耐腐蚀性能有较大的影响。M23C6析出相的形成温度为450℃-850℃，主要是由金属铬组成的碳化物，大部分分布在晶体的晶界上，也有部分分布在晶体内部和晶体缺陷处，因为该碳化物富含铬，容易导致该区域贫铬;σ相形成温度为500℃-925℃，在此温度区问停留，铁素体就部分或全部分解出σ相，6相的铬含量为42%-50%,是一种高硬度的脆性相，可引起材料韧性和腐蚀性能的下降;δ铁素体是一种高温铁素体，由液态铁冷却到1538℃时结晶形成，该相较脆，在加工时易引发裂纹，且容易发生点腐蚀。

3结束语

    通过对腐蚀不锈钢法兰的一系列失效分析，可以得出以下结论:

    (1)不锈钢法兰的腐蚀是多种因素共同作用的结果，其中材料晶界上析出的第只相是导致法兰失效的主要原因。建议在热加工过程中严格控制加热温度，不要超出材料加热工艺规范的上限温度，同时在固溶后快速冷却，避免在450℃-925℃温度区间停留过长时间，防止第三相颗粒析出。

    (2)材料中的混合晶粒容易使材料表面发生电化学腐蚀，在锻造过程中应严格控制锻造比。

    (3)材料中Cr元素含量偏低和硫化物含量偏高直接影响法兰的抗腐蚀性能，选材时应注意选用冶金质量纯净的材料。