提高316不銹鋼抗晶間腐蝕能力的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種不銹鋼材料的表面處理方法，特別是一種不銹鋼表面鍍層的制備 和強化方法，應用于材料表面腐蝕防護技術領域。
【背景技術】
[0002] 不銹鋼具有較高的耐腐蝕性，主要是加入了 Cr、Ni的緣故。加入的Cr、Ni與空氣中 的氧發(fā)生反應，表面形成一層致密的氧化膜，這種氧化膜在很多腐蝕介質(zhì)中具有很高的穩(wěn) 定性，從而防止鋼本身被腐蝕介質(zhì)腐蝕。316奧氏體不銹鋼是應用最為廣泛的一種Cr-Ni不 銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性和機械特性。
[0003] 但是不銹鋼在一定條件下也會遭受腐蝕。晶間腐蝕就是不銹鋼中常見的一種腐蝕 形式，是在晶粒邊界附近發(fā)生的、選擇性的一種腐蝕現(xiàn)象。受這種腐蝕的設備或部件，表面 上雖仍呈金屬光澤，但因晶粒之間已失去聯(lián)系，受到敲擊時已沒有金屬的聲音，鋼質(zhì)變脆。 在微觀上晶間腐蝕表現(xiàn)出因在晶界處出現(xiàn)析出相而貧鉻和雜質(zhì)聚集等現(xiàn)象，使得晶界很容 易遭受腐蝕，以致于晶粒間失去結合力，金屬強度完全喪失，導致設備突發(fā)性破壞。
[0004] 奧氏體不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是鉻的質(zhì)量分數(shù)必須大于12%。當溫度 在450°C~850°C時，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的擴散速度大于Cr的擴散速度。因為室溫時碳在奧 氏體中的溶解度很小，約為0.02%~0.03%，而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故 多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴散，并和Cr化合，在晶間形成Cr的化合物，如Cr 23C6 等。研究表明，Cr晶粒內(nèi)擴散速度比Cr沿晶界擴散速度小，內(nèi)部的Cr來不及向晶界擴散，所 以在晶間所形成的碳化Cr所需的Cr主要不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部，而是來自晶界附近，結 果就使晶界附近的含Cr量大為減少，當晶界的Cr的質(zhì)量分數(shù)低到小于12%時，就形成所謂的 "貧Cr區(qū)"，在腐蝕介質(zhì)作用下，鈍化膜遭到破壞，貧Cr區(qū)就會失去耐腐蝕能力，而產(chǎn)生晶間 腐蝕。
[0005] Ni在不銹鋼中的主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得完全奧氏體組織，提高 材料的韌性，同時可以起到很好的抗腐蝕能力。很多研究表明，鍍鎳層在腐蝕介質(zhì)中有鈍化 性，可以提高不銹鋼的抗晶間腐蝕能力，但鎳的成本較高，增加不銹鋼中鎳的含量必然帶了 不銹鋼成本的增加，不利于不銹鋼應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種 提高316不銹鋼抗晶間腐蝕能力的工藝，在316不銹鋼表面鍍上一層適當厚度的鎳鍍層，并 通過還原氣氛保護下分段退火處理，本發(fā)明通過電鍍、氣氛保護分段退火來提高316不銹鋼 抗晶間腐蝕能力，而且處理成本低，可大規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)中。
[0007] 為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，采用下述技術方案： 一種提高316不銹鋼抗晶間腐蝕能力的工藝，步驟如下： a.采用電鍍的方法在316不銹鋼表面鍍上一層設定厚度的鎳鍍層;在進行電鍍鎳的工 藝時，優(yōu)選采用的電鍍液配方為:硫酸鎳的濃度為150-300g/L，氯化鎳的濃度為25-45g/L， 硼酸的濃度為20_50g/L，添加劑BMP的濃度為0.5-5. Og/L，電鍍液的pH為3.0-5.0，電鍍鎳 工藝溫度為30~60°C，電鍍鎳工藝電流強度為1.0~10.0 A/dm2; b.在還原氣氛保護下對在所述步驟a中制備的帶有鎳鍍層的316不銹鋼進行分段退火 處理，各階段退火工藝均優(yōu)選在氫氣氣氛下進行，具體采用三段退火處理工藝，分段退火處 理工藝的控制條件如下： 第一階段退火工藝:退火爐以5~10°C/min的升溫速度升至退火溫度，退火溫度為900~ 1200°C，保溫時間為12~24h; 第二階段退火工藝:在退火爐以5~30°C/min的降溫速度冷卻至溫度300~450°C后，保 溫1~5h; 第三階段退火工藝:隨爐冷卻至室溫。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點： 1. 本發(fā)明顯著提高316不銹鋼抗晶間腐蝕的能力，擴大了316不銹鋼的使用范圍； 2. 本發(fā)明對鍍鎳層的退火處理，起到合金化的作用，使Ni形成并穩(wěn)定奧氏體，從而使 316不銹鋼獲得完全奧氏體組織，提高材料的韌性，同時可以起到很好的抗腐蝕能力； 3. 本發(fā)明對鍍鎳層的退火處理，起到固溶處理的作用，將沉積于316不銹鋼晶界的 Cr23C6、Fe23C6等碳化物重新溶解到奧氏體晶粒中，固溶處理后的316不銹鋼抗晶間腐蝕能力 得到增強； 4. 本發(fā)明對鍍鎳層的退火處理，增強了鎳鍍層與基體的結合力，改善了電鍍后鎳鍍層 與不銹鋼結合力差的缺點，這樣的鍍鎳層在腐蝕介質(zhì)中有鈍化性，顯著提高316不銹鋼的抗 晶間腐蝕能力； 5. 本發(fā)明工藝簡單，處理效果明顯，操作性強，能大規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下： 實施例一： 在本實施例中，一種提尚316不鎊鋼抗晶間腐蝕能力的工藝，步驟如下： a. 選用尺寸為80X10X4mm的316不銹鋼試樣，采用電鍍的方法在316不銹鋼試樣表面 鍍上一層設定厚度的鎳鍍層，在進行電鍍鎳的工藝時，采用的電鍍液配方為:硫酸鎳的濃度 為150g/L，氯化鎳的濃度為25g/L，硼酸的濃度為20g/L，添加劑BMP的濃度為0.5g/L，電鍍 液的pH為3.0，電鍍鎳工藝溫度為30°C，電鍍鎳工藝電流強度為1. OA/dm2; b. 在氫氣還原氣氛保護下對在所述步驟a中制備的帶有鎳鍍層的316不銹鋼試樣進行 分段退火處理，具體采用三段退火處理工藝，分段退火處理工藝的控制條件如下： 第一階段退火工藝:退火爐以5°C/min的升溫速度升至退火溫度，退火溫度為900°C，保 溫時間為12h; 第二階段退火工藝:在退火爐以5°C/min的降溫速度冷卻至溫度300°C后，保溫lh; 第三階段退火工藝:將帶有鎳鍍層的316不銹鋼試樣隨爐冷卻至室溫，最終得到耐蝕 316不銹鋼件。
[0010] 采用3.5wt. %NaCl溶液中的極化曲線評價本實施例制備的耐蝕316不銹鋼件的材 料耐腐蝕性能，參數(shù)見表1。
[0011] 實施例二： 本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于： 在本實施例中，一種提尚316不鎊鋼抗晶間腐蝕能力的工藝，步驟如下： a. 選用尺寸為80X10X4mm的316不銹鋼試樣，采用電鍍的方法在316不銹鋼試樣表面 鍍上一層設定厚度的鎳鍍層，在進行電鍍鎳的工藝時，采用的電鍍液配方為:硫酸鎳的濃度 為300g/L，氯化鎳的濃度為45g/L，硼酸的濃度為50g/L，添加劑BMP的濃度為5.0g/L，電鍍 液的pH為3.0，電鍍鎳工藝溫度為60°C，電鍍鎳工藝電流強度為2. OA/dm2; b. 在氫氣還原氣氛保護下對在所述步驟a中制備的帶有鎳鍍層的316不銹鋼試樣進行 分段退火處理，具體采用三段退火處理工藝，分段退火處理工藝的控制條件如下： 第一階段退火工藝:退火爐以l〇°C/min的升溫速度升至退火溫度，退火溫度為900°C， 保溫時間為12h; 第二階段退火工藝:在退火爐以20°C/min的降溫速度冷卻至溫度450°C后，保溫5h; 第三階段退火工藝:將帶有鎳鍍層的316不銹鋼試樣隨爐冷卻至室溫，最終得到耐蝕 316不銹鋼件。
[0012] 采用3.5wt.