不锈钢阀门为什么会生锈

不锈钢阀门以其漂亮的外观、耐腐蚀的特性、不易损坏的优点，深受人们的喜爱。

但是当不锈钢管表面出现褐色锈斑点的时候，人们会感到惊讶：为什么“不锈钢”也会生锈？生锈了那还算”不锈钢”吗？是不是材质出现了问题？

其实，这是对不锈钢一种片面的错误看法，因为不锈钢在一定的条件下也会生锈。

不锈钢阀门为什么会生锈？我们来详细分析下

不锈钢具有抵抗大气氧化的能力---即不锈性，同时也具有在含酸、碱、盐的介质中乃腐蚀的能力---即耐蚀性。但其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态、使用条件及环境介质类型而改变的。如304材质的不锈钢，在干燥清洁的大气中，有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地区，在含有大量盐份的海雾中，很快就会生锈了；而316材质则表现良好。因此，不是任何一种不锈钢，在任何环境下都能耐腐蚀, 不生锈的。

材质为 CF8M（不锈钢316） 的进口不锈钢蝶阀在使用过程中出现锈蚀现象。奥氏体不锈钢经正常热处理后，室温下组织应为奥氏体，耐蚀性能很好。为了分析蝶阀的锈蚀原因，在其上取样进行分析。

1 试验方法

取样进行化学成分分析（判断是否符合标准要求）、金相组织检查、热处理工艺试验及 SEM 分析。

2 试验结果及分析

2.1 化学成分

化学成分分析结果及标准成分见《表 1》。

《表 1》 化学成分分析结果 / %

成分

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Mo

CF8M

0.08

1.5

1.5

0.04

0.04

18~21

9~12

2~3

蝶阀

0.10

0.60

0.61

0.024

0.009

18.05

9.71

1.45

2.2 金相分析

从出现锈蚀现象的蝶阀上切取了金相试样，经磨制抛光后，用三氯化铁水溶液腐蚀，在 Neophot-32 金相显徽镜上观察分析，其金相组织由奥氏体与另一种析出物组成。从理论上讲奥氏体不锈钢经正常热处理后，应得到均一奥氏体组织。组织中出现的另一析出物究竟是何组织，有两种判断：一是 σ 相，另一种是碳化物。σ 相与碳化物形成的条件不同，但都具有一个共同的特点，那就是造成奥氏体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性。

首先采用了杂色法进行 σ 相的鉴别。采用碱性赤血盐水溶液（赤血盐 10g + 氢氧化钾 10g + 水 100ml），试样在该试剂中煮沸2~4 min 后，铁素体呈黄色，碳化物被腐蚀，奥氏体呈光亮色，σ 相由褐色变为黑色。用上述方法将从蝶阀上切取的试样在碱性赤血盐水溶液中煮沸 4 min 后，在显徽镜下观察，析出物保持了原形貌，未发现明显变化。因此决定采用热处理的方法进一步试脸分析。

2.3 热处理试验分析

σ 相是一种铁铬原子比例大致相等的金属间化合物。化学成分、铁素体、冷变形、温变都不同程度地对 σ 相形成产生影响。采用染色法试验，在显微镜下观察析出相变化不明显，故采用了热处理的方法来鉴别 σ 相。有关资料介绍，σ 相通常是在 500~800℃ 长期时效中形成的。这是因为较高的温度下时效有利于铬的扩散。再高温度加热 σ 相将开始溶解，溶解完毕至少要在 920℃ 以上。在高于 σ 相的稳定温度加热可使之消除。形成 σ 相所需时间虽然很长，但消除 σ 相一般只要短时间加热即可。根据这一理论，制定了热处理工艺，观察组织中的析出相是否可以消除。将从蝶阀上切取的试样加热到 940℃，保温 30 min，然后在 Neophot-32 金相显微镜上观察分析。经热处理后的试样中的析出相没有消除，并保持原形貌，由此证明了该组织中的析出相有可能不是 σ 相。

2.4 SEM 分析

有时钢中出现的 σ 相，采用任何染色的方法均无法辨别其颇色，可采用 SEM 的分析方法来鉴别。因为已知 σ 相为铁与铬的化合物，含铬量为 42%~48%，通过 EDS 定性和定量分析测出未知相的组成元素及其含量，从而确定未知相。

对基体和析出相进行的微区定量分析结果见《表 2》。

《表 2》 EDS 定量分析结果 / %

成分

Fe

Cr

Ni

Mo

Si

Mn

基体

70.463

16.365

10.211

1.239

0.466

1.257

析出相

56.908

33.629

3.681

4.835

0.040

0.907

EDS 分析结果表明，析出物的含铬量为 33.6%，明显高于基体中的 Cr 含量 16.3%，而 σ 相的含铬量是 42%~48%，因而否认析出相为 σ 相。综合染色试脸、热处理试验的结果，认为不锈钢蝶阀组织中的析出相不是 σ 相。经 SEM 观察析出相为一种共晶组织，是以铬为主的碳化物。

不锈钢蝶阀的材料为镍铬奥氏体不锈钢，这种材料一般都在固溶状态下使用。在室温状态下，其组织为奥氏体，奥氏体不锈钢在广泛的腐蚀介质中特别是大气中具有良好的抗腐蚀能力。对不锈钢蝶阀锈蚀的原因分析如下：

① 综合上述各项试验的结果，可判定蝶阀材料组织中析出相不是 σ 相，故蝶阀的锈蚀现象不是由 σ 相引起的。

② 通过 SEM 观察，确认蝶阀的组织中析出相是以铬为主的碳化物，这种共晶组织沿晶界分布。EDS 分析结果表明这种分布在晶界上的碳化物铬含量明显高于基体。这种碳化物是 M₂₃C₆型。随碳化物的析出，又得不到铬的扩散补充时，以碳化铬的形式沿奥氏体晶界析出，在碳化物周围形成贫铬区，从而奥氏体不锈钢晶界易被腐蚀。所以沿晶界析出的碳化物是造成蝶阀锈蚀的主要原因。

③ 经固溶处理后的奥氏体不锈钢，由于在高温加热时大部分碳化物被溶解，奥氏体中饱和了大量的碳与铬，并因随后的快速冷却而固定下来，使材料有很商的耐腐蚀性。因此应严格控制热处理工艺，固溶处理时将工件加热至高退，使碳化物充分溶解，然后迅速冷却，得到均一奥氏休组织。固溶处理后，如果采用缓慢冷却，在冷却过程中碳化铬将沿晶界析出，从而导致材料耐腐蚀性能降低。

将碳钢焊条堆焊在不锈钢面上，其结合面会出现什么问题？要求专业回答，有理论依据或实验数据。

答：堆焊层组织中有大量颗粒碳化物均匀分布于低碳马氏体基体上，尺寸约1～3 μ为明确碳化物的形成过程，对急冷熔滴进行了SEM观察。白色亮点为碳化物。数量较多，但尺寸较小，且分布不均匀。黑色圆颗粒为没有来得及分离的夹渣，夹渣的存在一方面证明了熔滴冷却极快，另一方面证明焊接过程中熔渣与熔滴能进行充分的接触混合，有利于合金过渡。

由于焊芯为低碳钢 ，所以熔滴中碳化物及合金元素来源于药皮。碳化物在电弧气氛中或熔渣中即可由石墨与碳化物元素原位反应生成，碳化物最初存在于熔渣中，但由于立方结构的碳化物具有金属特性，与液态熔渣的结构存在较大差异，所以受到熔渣的排斥，碳化物通过渣一金属界面向熔滴中过渡。熔滴比表面积大，熔渣与熔滴金属相互混合，有利于促进碳化物及合金元素向金属的过渡。但由于试验熔滴冷却极快，过渡到熔滴中的碳化物在熔。

滴阶段来不及均匀化。正常堆焊时，熔滴过渡到熔池中后，碳化物发生均匀化，同时，随液态金属温度降低，过饱和的碳及合金元素向碳化物聚集，使碳化物颗粒逐渐长大。温度降至结晶温度时，金属以碳化物为核心结晶，将碳化物包在晶内，形成不锈钢／碳钢界面。

不锈钢／碳钢界面的形成经历了以下过程：药皮或渣中M+C：MC— MC穿过渣一金属界面进入熔滴一MC随熔滴进入熔池一MC长大、均匀化一金属结晶形成不锈钢／碳钢界面。由于在碳化物的形成过程中，碳化物只与熔渣及金属接触，碳化物在金属液中的长大过程是直接与金属液进行原子扩散的过程，所以金属凝固后形成的不锈钢／碳钢界面不会存在第三种反应物，是两相问直接的原子结合。

不锈钢／碳钢界面特征的TEN分析

TEN观察发现，堆焊层中多数碳化物呈较规则的多边形， 最常见的具有形核核心的等六边形碳化物，形核核心为稀土、钛的复合氧化物bI。整个颗粒为多层结构，表明颗粒的形成是分阶段进行的，形核后存在逐渐长大的过程，即熔池液态金属中碳及碳化物元素的原子向碳化物表面扩散聚集，碳化物晶粒长大，使不锈钢／碳钢界面向外推移。 具有核心的四边形碳化物，也为多晶粒复合结构。 放大10000倍的TEN照片 ，有多个颗粒，除了具有核心的多边形碳化物颗粒(B、C)，还发现单一晶粒碳化物(A)，其尺寸较小，可能为熔池冷却过程中析出。各种类型碳化物的不锈钢／碳钢界面都非常清晰洁净，没有反应物夹层，明显不同于图1中夹渣与金属间的界面，表明碳化物并非夹杂物性质。堆焊 其两复合界面是冶金熔合在一起。特征：复合界面带宽、熔合两种金属；复合牢固；导热、导音、导电没有界；冷热缩胀一致。

当初我们曾经做过一个试验，不过不是304 而是304L+16MnR的复合板。温度从900度到1050度不等。判断采用金相覆膜技术。发现900度就可以达到要求，但是如果冷却速度较慢就达不到要求。而且一次热处理不好，以后提高温度，也只能减少敏化现象。

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