TP321不锈钢无缝钢管晶间腐蚀性能的技术攻关
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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无锡不锈钢的晶间腐蚀是一种腐蚀破坏现象，表现为晶粒间丧失结合力，以致材料的强度变差。对于晶间腐蚀的产生原因有许多不同的理论，如贫铬理论、晶界吸附理论、沉淀相亚稳论、亚稳相溶解理论、应力论、沉淀相形貌论和腐蚀电化学理论等。
其中，贫铬理论是最早提出且被广泛接受的理论。对18-8型奥氏体不锈钢，晶界处的晶格是不完整的，有利于金属原子的扩散；在晶界及其邻近区域的的Cr会由于碳化物Cr23C6在晶界的沉淀而发生贫乏现象，造成晶界周围出现贫铬区，当Cr质量分数降低至12%左右时，在某些腐蚀介质中沿着材料晶界产生腐蚀，使晶粒间丧失结合力，即产生晶界腐蚀现象。
TP321不锈钢（UNS S32168）是在TP304不锈钢基础上加入Ti元素，以增强其抗晶间腐蚀能力和耐高温性能，其原理是形成稳定的MC型碳化物TiC，以碳化物形成自由焓变化来衡量，TiC远比碳化铬稳定，可减少碳化铬的形成。
在欧美等发达地区市场，TP321不锈钢无缝钢管已逐渐被TP304L、TP316L等低碳、超低碳不锈钢无缝钢管替代；但在我国，TP321不锈钢无缝钢管的需求量仍然很大，根据国际不锈钢论坛（ISSF）公布的数据显示，2012年，我国TP321不锈钢无缝钢管的表观消费量在10万t左右。由于生产工艺与检验条件的限制，目前国内生产的TP321不锈钢无缝钢管耐晶间腐蚀性能合格率不高，一次检验合格率为80%左右。山西太钢不锈钢钢管公司自2009年投产以来，TP321不锈钢无缝钢管产量约占总产量的35%，晶间腐蚀检验一次合格率在70%左右，远低于其他不锈钢产品的水平（≥95%）。为提高成材率，更好地满足用户需要，该公司技术人员针对TP321不锈钢无缝钢管耐晶间腐蚀性能进行了技术攻关，目标为将一次检验合格率提高至95%以上，达到日本住友金属公司等国外先进制造商的水平。
目前国内TP321不锈钢无缝钢管的生产大都采用穿孔→冷轧（拔）→热处理→矫直→酸洗→检验→包装的生产方式。钢管在冷变形后，采用固溶热处理清除变形应力和改善组织，即把钢管加热至奥氏体碳饱和曲线以上温度保温，使碳化物充分溶解到固溶体中再快速冷却，将高温组织在室温下固定下来，获得碳的过饱和固溶体。通过对标活动，对生产流程进行分析，从化学成分控制、热处理制度调整、脱脂工艺优化等方面入手，使得TP321不锈钢无缝钢管的晶间腐蚀一次检验合格率稳定在95%以上，达到攻关目标。具体表现在：
（1）通过化学成分设计，调整C、Cr、Ni、Ti等元素比例，可优化TP321不锈钢无缝钢管耐晶间腐蚀性能；
（2）TP321不锈钢无缝缝钢管进行固溶热处理时，炉内还原性气氛易造成钢管表面增碳；弱氧化性气氛对钢管表面质量较好，消除了增碳因素，且节约能源；
（3）TP321不锈钢无缝钢管冷轧后脱脂不净，对热处理后钢管表面质量影响较大，对耐蚀性能亦有不良影响；通过改进脱脂方法，可有效改善钢管耐晶间腐蚀性能；
（4）固溶热处理保温温度设定为1050℃，对TP321不锈钢无缝钢管的耐晶间腐蚀性能有利；
（5）若TP321不锈钢无缝钢管在敏感温度区间（450～900℃）内使用且环境存在强腐蚀介质，应对钢管进行稳定化处理。