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敏化对430铁素体不锈钢铬离子析出量的影响

来源:至德钢业 日期:2019-10-23 01:32:44 人气:122

采用微观形貌观察电化学方法等研究了热处理温度对430不锈钢敏化的影响以及敏化对430不锈钢在腐蚀液中铬离子析出量的影响结果表明热处理温度为800900随着温度的上升试样的敏化度增加并在约900最为严重继续升高热处理温度试样晶粒长大单位晶间腐蚀面积变小敏化度降低试样在酸性无氯或含氯中性溶液中其敏化度的高低对铬析出量影响甚小而在酸性含氯溶液中铬离子析出量大且随其敏化度的增大而升高敏化试样浸泡首日的铬离子析出量较多随着时间的延长不同溶液中铬离子的析出总量都有不同程度的累计上升但日均上升幅度却不尽相同溶液温度的上升均会加速敏化试样在腐蚀溶液中的腐蚀使得铬离子析出量增大

430不锈钢为铁素体不锈钢因其导热性好热膨胀系数小加工硬化倾向小耐应力腐蚀和具有磁性等特点被广泛应用于家电和餐厨具等领域然而研究发现430不锈钢在敏化温度范围内易发生

富铬相析出从而导致贫铬区的产生当贫铬区接触到腐蚀溶液时区内铬原子氧化成离子同时富铬相的脱落溶解均可能导致铬的析出铬是能对人体产生严重毒害的一种元素能引起重大疾病国家标准GB4806.9-2016食品安全国家标准食品接触用金属材料及制品对食品接触不锈钢材料及制品铬的析出量有着严格要求重金属析出量是一项关乎人们食品卫生安全的重要指标而目前鲜见关于430不锈钢敏化的相关报道本工作采用电化学

动电位再活化法EPR研究热处理温度对430不锈钢敏化的影响同时通过浸泡试验研究了不同敏化度的430不锈钢在5%质量分数下同氯化钠溶液4%乙酸溶液和5%氯化钠4%乙酸混合液种溶液中的铬离子析出情况以及浸泡时间和溶液温度对敏化430不锈钢铬离子析出量的影响以期为430不锈钢厨具生产企业提供指导

试验

试样

试样材料采用430不锈钢其主要化学成分见表利用箱式加热炉将退火态430不锈钢板材分别在8008509009501000下加热2h然后进行空冷既得不同敏化态板材再将板材加工成尺寸为1cm×1cm×0.1cm3cm×4cm×0.1cm的试样试样表面用砂纸2001500逐级打磨除油清洗后备用

试验方法

2.1EPR测试

采用环氧树脂封装型试样后用酒精清洗烘干使用CS3000型电化学工作站进行EPR测试采用三电极电解池系统工作电极为试样参比电极为饱和甘汞电极SCE),辅助电极为铂电极Pt),试验温度为室温测试溶液为50mmolLHSO+1mmolLKSCN其中SO为腐蚀剂KSCN为去极化剂将工作电极在自腐蚀电位下浸泡一段时间后1.67mV的扫描速率正向扫描极化极化至0.3V后立即以相同扫描速率反扫至初始的自腐蚀电位由测得的反向扫描时的最大阳极电流和正向扫描时的最大阳极电流的比值作为430不锈钢敏化度的判据使用AXIOVERT40MAT型金相显微镜观察EPR测试后试样的金相组织

2.2浸泡试验

将退火态和敏化态的型试样分别浸泡在5%氯化钠溶液4%乙酸溶液和5%氯化钠4%乙酸混合溶液中24h使用7800ICPMX电感耦合等离子体质谱仪测量浸泡后各腐蚀溶液中的铬离子含量

得出不同敏化态430不锈钢在不同溶液中的铬离子析出情况将退火态试样和敏化度为23.38%的试样在上述三种溶液中分别浸泡101530d测出各腐蚀溶液中铬离子含量来研究浸泡时间对未敏化和同一敏化度试样铬离子析出量的影响2040,6080100试样在三种溶液浸泡8h后测量溶液中铬离子含量研究浸泡温度对试样铬离子析出量的影响EVO18型扫描电镜观察浸泡后的试样表面形貌

2.3电化学试验

电化学试验采用三电极电解池系统利用动电位法进行如下测试敏化430不锈钢试样在三种溶液中的极化曲线浸泡101530d的敏化试样在三种溶液中的极化曲线试样在不同温度三种溶液中的极化曲线电位扫描范围为-23V相对饱和甘汞电极SCE),扫描速率为30mV最后利用Tafel直线外推法计算各试样的自腐蚀电流密度)、自腐蚀电位和腐蚀速率)。

结果与讨论

加热温度对430不锈钢敏化度的影响

由图可见退火态试样和敏化试样的再活化峰存在较大差异前者的明显低于后者的这是因为试样经过敏化处理后由于富铬碳氮化合物的析出而出现贫铬区贫铬区的钝化膜不稳定在电压逆向扫描过程中遭到破坏导致再活化电流较高采用敏化度计算公式得出退火态和在800850900,9501000下敏化后试样所对应的敏化度分别为0.97%4.38%14.75%23.38%21.16%18.50%这表明8001000430不锈钢的敏化温度区敏化度随温度的升高先增加后减少900时敏化度最高14]。

由图可见退火态试样晶界处没有明显的腐蚀痕迹而经800热处理后腐蚀开始在晶界结点处发生随着温度升高腐蚀沿着晶界蔓延900时腐蚀最为严重已覆盖晶界950时试样晶粒已长大单位晶间腐蚀面积变小腐蚀痕为网格状金相结果与EPR测试结果相一致

敏化度对430不锈钢铬离子析出量的影响

由图可见5%氯化钠溶液和4%乙酸溶液中几种试样的铬离子析出曲线几乎为一直线且析出量低试样在乙酸溶液中的铬离子析出量比在氯化钠溶液中的略高说明在中性含氯溶液或无氯酸性溶液中430不锈钢敏化度的高低对其铬离子析出量的影响甚微同时试样在酸性溶液中的铬离子析出量大于在中性溶液中的而在5%氯化钠4%乙酸混合液中试样铬离子析出量随其敏化度的增大而升高且远高于在其他两种溶液中的这是由于在酸性含氯溶液中材料钝化膜薄弱的地方易先受到氯离子的破坏如贫铬区域当贫铬区钝化膜遭到破损时材料基体与腐蚀溶液接触发生反应进而诱发点腐蚀所以在含氯酸性溶液中敏化试样发生晶间腐蚀的同时也伴随着点腐蚀1516]。

由图可见5%氯化钠溶液中浸泡15h试样表面出现点腐蚀4%乙酸溶液中试样表面有轻微的晶间腐蚀痕出现而在混合液中浸泡后试样表

面腐蚀最为严重不仅有晶间腐蚀所导致的沟壑出现还有点腐蚀产生17]。扫描电镜观察结果与EPR试验结果一致

浸泡时间对敏化试样铬离子析出量的影响

由表可见浸泡首日敏化态试样的铬离子析出量较多随着浸泡时间的延长三种溶液中铬离子的总量日渐增加但日均增加幅度不同两种试样在5%氯化钠溶液中的铬离子日均析出量在第十天达到极值往后呈下降趋势4%乙酸溶液中两种试样的铬离子平均日析出量不断增加而两种试在不同溶液中浸泡不同时间后的铬离子析出量样在混合溶液中的铬离子日均析出量相对稳定退火态试样的铬离子析出量明显低于敏化态试样的且受浸泡时间影响小

由图可见随着浸泡时间的延长敏化态试样在5%氯化钠中性溶液中的自腐蚀电位先负移后变正移说明敏化态试样表面一开始受氯离子腐蚀日趋严重随后由于腐蚀产物的阻隔使得腐蚀变缓4%乙酸溶液中敏化态试样的自腐蚀电位均随浸泡时间的延长向负方向移动说明试样钝化膜

的修复速率比腐蚀速率慢随着时间的延长耐蚀性降低在混合液中敏化态试样的自腐蚀电位相对较稳定1719]。而退火态试样的自腐蚀电位在种溶液中均相对稳定且随着浸泡时间的延长呈轻微负移见表

浸泡温度对敏化试样铬离子析出量的影响

将敏化度为23.38%的试样分别在204060,0100下恒温浸泡8h研究溶液温度对敏化试样在溶液中铬离子迁移量的影响结果见表由表可见4%乙酸溶液中敏化态试样的铬离子析出量随温度的升高虽有增加但幅度不高受温度影响不大而在5%氯化钠溶液和5%氯化钠4%乙酸混合液中敏化态试样的铬离子析出量受溶液温度影响较大随着温度的升高铬离子析出量明显增加由表可见随着溶液温度的升高敏化试样在各溶液中的自腐蚀电流逐渐上升这是因为温度的升高有利于溶液电导率提高加剧电化学反应在含有氯离子的溶液中腐蚀速率随温度的增大程度比在无氯乙酸溶液中的明显这是因为温度升高促进氯离子的极化发生使其具有更高的极性和穿透性能能够在试样表面有更高的吸附率从而强烈地进行着电子交换反应加剧腐蚀

结论

空冷方式下430不锈钢的敏化开始温度约为800到约900时敏化最为严重之后随着温度的升高试样晶粒长大单位晶间腐蚀面积变小敏化度降低

在中性含氯溶液或无氯酸性溶液中430不锈钢敏化度的高低对其铬离子析出量的影响甚微而在混合液中其铬离子析出量随其敏化度的增大而升高且比另两种溶液明显高出许多

浸泡首日试样的铬离子析出量较多随着浸泡时间的延长三种溶液中铬离子的总量日渐增加但日均增加幅度不同

含氯溶液温度的上升能够促进氯离子的极化加剧敏化试样的腐蚀促使其铬析出量增加而试样的铬析出量在无氯乙酸溶液中受溶液温度影响较小

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