Fe-Mn-Al(Cr)-C合金耐盐酸腐蚀性能研究 - 文章

Fe-Mn-Al(Cr)-C合金耐盐酸腐蚀性能研究

作者：伍玉娇何力张晓燕

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摘要：用合金元素Mn、Al代替Ni、Cr，得到Fe-Mn-Al(Cr)-C合金，其基体为奥氏体。对其进行全浸腐蚀实验。实验结果表明，Fe-Mn-Al(Cr)-C系合金抗 20%HCl水溶液的腐蚀性能高于0Cr18Ni9奥氏体不锈钢。
关键词：Fe-Mn-Al(Cr)-C合金；抗蚀性；奥氏体

前言

18-8奥氏体不锈钢具有高的耐蚀性能和高的延展性能，但是由于含Cr、Ni量高（分别为18%、9%），和要求低的含碳量（0.03-0.12%）或超低碳而冶炼条件苛刻，价格也较高。用价格低廉的Mn、Al取代奥氏体不锈钢中的合金元素Ni、Cr，碳含量在0.3 wt%-2.0 wt%,也可以得到奥氏体钢［1-4］。这样，不含价格昂贵的合金元素Ni、Cr，同时采用一般的冶炼工艺，可使奥氏体不锈钢的价格大大降低。曾有文献报道这样的不锈钢是“poor man's stainless steel”［5］.有关文献工作多注重这种Fe-Mn-Al(Cr)-C系合金的力学性能和各种相结构的研究，但对其抗蚀性能的研究报道较少。本文对Fe-Mn-Al(Cr)-C系合金进行了盐酸水溶液全浸腐蚀研究，结果表明该合金的抗盐酸腐蚀能优于奥氏体不锈钢。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料用20 kg高频熔炼炉熔炼，其成分见表1

表1 试验材料的化学成分（质量分数wt%）

1.2 试验方法

材料和0Cr18Ni9经1150 ℃4小时固溶处理，然后用线切割切成尺寸为11 mm×11 mm×6 mm各5个试样,用金相砂纸磨成镜面。用乙醇清洗干净，在光学显微镜上测量其表面积，天平上秤重。最后放入200 ml的20%HCl水溶液中全浸腐。经594小时腐蚀后，取出试样清洗烘干，秤其重量。

2 试验结果及分析

从腐蚀试验结果(表2)看出:

2.1S-1耐20%HCl水溶液腐蚀性能比S-2的略高，这是由于S-1含Mn、Cr、Al的质量分数都比S-2的高所致，它们都可以使基体的电极电位得到提高。另外合金元素Cr、Al都是铁素体形成元素，形成部分体心结构相（图1），它们富集在这个体心结构相中，使得体心结构相的数量有所增加。而体心结构相点阵的（112）、（110）、（123）等晶面都容易滑移，形成网状的位错结构［6］，因而在含有Cl+的介质中不容易形成线状蚀沟，而奥氏体的滑移主要限于（111）面，容易出现层状位错结构，产生线状蚀沟，所以含体心结构相量大的S-1（图2）比含体心结构相量小的S-2（图3）的耐HCl溶液蚀性略好。

表2 20%HCl水溶液腐蚀速度（g/mm2h）

图1 (a)S-1X射线衍射结果 (b)S-2X射线衍射结果

图2 S-1背射电子成像600X 图3 S-2背射电子像780X

2．2 S-1、S-2耐20%HCl水溶液腐蚀性能比0Cr18Ni9的高，这与两方面的因素有关。一方面，虽然这三种试样基体组织都是奥氏体，但0Cr18Ni9的奥氏体组织中含合金元素量特别是含Al量小于S-1和S-2，这样含合金元素高的奥氏体的层错能增加，容易形成网状位错结构。另一方面是由于S-1 和S-2的组织中都含有容易形成网状位错的体心结构相而0Cr18Ni9为单相的奥氏体组织。

2.30Cr18Ni9在20%HCl水溶液中是一个增重过程，由于位错沿（111）面运动，在表面处汇合形成滑移阶，使该处钝化膜破裂，露出化学性活泼的新鲜滑移台阶，介质中的氧通过钝化膜破裂处进入底层金属基体使其形成铁和铬的氧化物。

2.4 S-1、S-2和0Cr18Ni9的基体都是奥氏体基体，但它们的含Cr量不同，含Cr量愈多，形成的氧化物的量也愈大。所以0Cr18Ni9形成大量的氧化物而增重，而S-1、S-2除了形成Cr的氧化物外，还要形成Al的氧化物，在Cl+的作用下产生蚀点，使基体金属离子化，表现为失重。

3 结语

奥氏体基体中的合金元素影响其位错结构，当层错能增加时，形成部分网状位错结构，提高其抗蚀性。合金元素Cr、Al在S-1和 S-2中能形成少量的体心结构相，增加网状位错结构，也使抗蚀性增加。

参考文献：
［1］ Y-P Chang, S-C Lee,and G-H Tang. Study of Fatigue Crack Growth Rate For Austenitic Fe-Al-Mn Alloys［J］.JMEPEG,1995(4):627-631.
［2］ Kwan H Han,Jong C Yoon and Woong K Choo. TEM Evidence of structure in Fe-Mn-Al-C Alloys［J］.Scripta Metallurgica,1986(20):33-36.
［3］ I S Kalashnlkov,etc. Behavior of Fe-Mn-Al-C steels during cyclic test［J］. MJEPEG, 2000(9):334-337.
［4］ C Y Chao,etc. Spinodal Decomposition in Fe-0.9Al-30.5Mn-xC Alloys［J］. Scripta Metallurgica ,1993(29):647-650.
［5］ TIAN XING etc. Nonequilibrium Phase Diagram of Fe-Mn-Al System［J］. Scripta Metallurgica ,1993(28):1219-1222.
［6］张承忠. 金属腐蚀与保护［M］.北京:冶金工业出版社，1985.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/19/2005)


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