晶間腐蝕將導(dǎo)致不銹鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性急劇降低，輕者稍經(jīng)彎曲便可產(chǎn)生裂紋，重者敲擊即可碎成粉末。晶間腐蝕不易檢測(cè)，常造成零件或者設(shè)備的突然破壞，危害性很大。2Cr13Mn9Ni4鋼常用來(lái)制作翼梁、機(jī)身、機(jī)尾及軍械系統(tǒng)中的重要零件，因此研究2Cr13Mn9Ni4不銹鋼晶間腐蝕的控制方法具有極為重要的意義。文章在冷加工變形比不同的情況下研究了冷加工對(duì)2Cr13Mn9Ni4不銹鋼晶間腐蝕及組織性能的影響，同時(shí)對(duì)比了晶間腐蝕試樣在不同的加工狀態(tài)下晶間腐蝕的傾向情況，為2Cr13Mn9Ni4不銹鋼晶間腐蝕的控制及檢驗(yàn)提供了依據(jù)。

不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕時(shí)，金屬外形幾乎不發(fā)生任何變化，但是晶粒間的結(jié)合力下降，不銹鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性急劇降低[1]，如果遇有內(nèi)外應(yīng)力的作用時(shí)，輕者稍經(jīng)彎曲便可產(chǎn)生裂紋，重者敲擊即可碎成粉末[2]。晶間腐蝕不易檢測(cè)，常造成設(shè)備的突然破壞，危害性很大[3]。2Cr13Mn9Ni4鋼是低鎳亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼，在固溶狀態(tài)下為奧氏體，但冷加工變形時(shí)易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，與18-8型奧氏體不銹鋼相比，其含碳量高，含鉻量較低，用9%的錳取代其中4%的鎳[4]。2Cr13Mn9Ni4鋼具有較高的強(qiáng)度及良好的耐大氣腐蝕性能，在固溶狀態(tài)下，塑性較高，可進(jìn)行深壓延及冷沖壓[5]。2Cr13Mn9Ni4鋼可作為1Cr18Ni9鋼代用料，用于制造要求有較高強(qiáng)度，一定耐腐蝕能力的結(jié)構(gòu)件，如翼梁、機(jī)身、機(jī)尾及軍械系統(tǒng)中的零件等[6]。因此研究2Cr13Mn9Ni4不銹鋼晶間腐蝕的控制方法具有極為重要的意義。

生產(chǎn)工藝流程

2Cr13Mn9Ni4鋼的生產(chǎn)工藝流程為冶煉(電爐+LF+VOD+VHD)f430 mm電極→電渣重熔f610 mm電渣錠→初軋開(kāi)90 mm×310 mm坯→精軋開(kāi)23 mm×300 mm坯→板材熱軋開(kāi)3.0 mm厚坯→板材冷拔成材。表1為2Cr13Mn9Ni4鋼的化學(xué)成分。

實(shí)驗(yàn)及分析

不同冷變形下組織狀態(tài)

本次實(shí)驗(yàn)采用坯料尺寸為2.0 mm厚板坯，室溫下軋制，設(shè)定變形比為3%、8%、10%、13%及14%，其冷軋規(guī)格分別為1.94、1.84、1.80、1.74和1.72 mm，在不同冷加工變形比下觀(guān)察組織狀態(tài)。由圖1可以看出隨著冷軋變形比的增大，其組織拉長(zhǎng)比逐漸增大，但其基體組織仍未發(fā)生變化。

不同冷變形比下機(jī)械性能情況

不同的冷軋變形比的2Cr13Mn9Ni4不銹鋼板材取2個(gè)試樣測(cè)量其機(jī)械性能。由表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著冷軋變形比的增加，其抗拉強(qiáng)度逐漸增加，斷面伸長(zhǎng)率逐漸降低，在冷軋變形比≥10%時(shí)，性能指標(biāo)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

不同冷變形比下晶間腐蝕傾向

按GB/T4334—2008檢驗(yàn)晶間腐蝕，將100 gCuSO4溶解于700 mL蒸餾水中再加入100 mL純硫酸，用水稀釋到1000 mL，放入試樣，將以上液體加熱到微微沸騰，保持16 h，拿出試樣進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察試樣彎曲處裂紋情況。將試樣按標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)晶間腐蝕時(shí)，一旦出現(xiàn)宏觀(guān)的晶間腐蝕傾向，也就是裂紋，為確保檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性需對(duì)裂紋進(jìn)行微觀(guān)確認(rèn)，如果是穿晶裂紋則為應(yīng)力裂紋，如果為沿晶裂紋則為晶間腐蝕裂紋。另外關(guān)于應(yīng)力裂紋，晶間腐蝕試樣側(cè)面的加工狀態(tài)對(duì)其邊緣是否出現(xiàn)裂紋有很大影響，雖然在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定試樣側(cè)面的狀態(tài)，但為論證側(cè)面狀態(tài)對(duì)腐蝕裂紋的影響，對(duì)側(cè)面設(shè)計(jì)了三種加工方式來(lái)檢驗(yàn)側(cè)面是否會(huì)出現(xiàn)裂紋，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3晶間腐蝕結(jié)果可知：在原始固溶后的坯料上側(cè)面檢驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)裂紋，即均無(wú)晶間腐蝕傾向；冷軋后的鋼板即冷作硬化態(tài)鋼板，其剪切態(tài)試樣在所有變形比下均存在側(cè)面裂紋，在側(cè)面刨光狀態(tài)下，當(dāng)變形比≥10%時(shí)，側(cè)面出現(xiàn)裂紋；在側(cè)面磨光狀態(tài)下，當(dāng)變形比≥14%時(shí)側(cè)面出現(xiàn)裂紋，彎曲試樣外表面也出現(xiàn)裂紋。將側(cè)面出現(xiàn)裂紋的試樣，磨制金相試樣觀(guān)察高倍組織。圖2(a)所示側(cè)面裂紋為穿晶裂紋，所以側(cè)面出現(xiàn)裂紋的原因?yàn)閼?yīng)力裂紋，而非晶間腐蝕裂紋；圖2(b)所示彎曲試樣外表面裂紋為沿晶裂紋，為晶間腐蝕裂紋。

晶間腐蝕及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

晶間腐蝕是金屬在特定的腐蝕環(huán)境中沿著或緊挨著材料的晶界發(fā)生和發(fā)展的局部腐蝕破壞狀態(tài)。晶間腐蝕從金屬材料表面開(kāi)始，沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展，使晶粒間的結(jié)合力大大喪失，以致材料的強(qiáng)度幾乎完全消失[7]。例如，經(jīng)受這種腐蝕的不銹鋼材料，外表雖然還十分光亮，但輕輕敲擊即可碎成細(xì)粉。因此，晶間腐蝕是一種危害性很大的局部腐蝕。晶間腐蝕不僅導(dǎo)致材料的承載能力下降，而且能誘發(fā)晶間應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、點(diǎn)腐蝕等。產(chǎn)生晶間腐蝕的根本原因是晶界及其附近區(qū)域與晶粒內(nèi)部存在電化學(xué)腐蝕的不均勻性，這種不均勻性是金屬材料在熔煉、焊接和熱處理等過(guò)程中造成的。

由于不銹鋼具有優(yōu)良的抗均勻腐蝕的性能，它在汽車(chē)工業(yè)、水工業(yè)、建筑業(yè)、家電業(yè)、環(huán)保工業(yè)和工業(yè)設(shè)施等很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。如果在450~900℃的腐蝕性介質(zhì)中使用時(shí)，不銹鋼極易發(fā)生晶間腐蝕，甚至出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[7]。

不銹鋼中的碳在較低的溫度下以富鉻碳化物的形式析出，使得晶界和鄰近區(qū)域的鉻含量下降，形成一個(gè)貧鉻區(qū)。這個(gè)貧鉻區(qū)域很容易被腐蝕，導(dǎo)致腐蝕開(kāi)裂[8]，所以化學(xué)成分配比是決定材料晶間腐蝕傾向的主要因素。對(duì)于奧氏體鋼而言，在化學(xué)成分配比不變時(shí)，材料是否固溶對(duì)晶間腐蝕的影響尤為重要；對(duì)鋼板來(lái)說(shuō)，在材料不固溶時(shí)冷軋變形比是控制晶間腐蝕的主要因素。

由本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：2Cr13Mn9Ni4不銹鋼冷加工變形比≥10%時(shí)性能結(jié)果滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求；固溶態(tài)的側(cè)面無(wú)論是何種狀態(tài)均未出現(xiàn)裂紋，彎曲試樣外表面也沒(méi)有晶間腐蝕傾向；冷作硬化剪切態(tài)試樣，所有變形比下均存在側(cè)面裂紋；冷作硬化側(cè)面刨光狀態(tài)的試樣，當(dāng)變形比≥10%時(shí)，側(cè)面出現(xiàn)應(yīng)力裂紋；冷作硬化側(cè)面磨光狀態(tài)的試樣，當(dāng)變形比≥14%時(shí)側(cè)面出現(xiàn)裂紋，彎曲試樣外表面也出現(xiàn)裂紋。

結(jié)束語(yǔ)

本文研究了不同冷加工變形比對(duì)2Cr13Mn9Ni4不銹鋼晶間腐蝕及組織性能的影響，同時(shí)對(duì)比了晶間腐蝕試樣在不同的加工狀態(tài)下晶間腐蝕的傾向情況，為2Cr13Mn9Ni4不銹鋼晶間腐蝕的控制及檢驗(yàn)提供了依據(jù)。隨著冷加工變形比的增大，2Cr13Mn9Ni4鋼的強(qiáng)度逐漸增大，斷面伸長(zhǎng)率逐漸降低，當(dāng)變形比≥10%時(shí)性能結(jié)果滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。其固溶態(tài)的側(cè)面無(wú)論是何種狀態(tài)均未出現(xiàn)裂紋，彎曲試樣外表面也沒(méi)有晶間腐蝕傾向。其冷作硬化剪切態(tài)試樣，所有變形比下均存在側(cè)面應(yīng)力裂紋：冷作硬化側(cè)面刨光狀態(tài)的試樣，當(dāng)變形比≥10%時(shí)，側(cè)面出現(xiàn)應(yīng)力裂紋；冷作硬化側(cè)面磨光狀態(tài)的試樣，當(dāng)變形比≥14%時(shí)側(cè)面出現(xiàn)裂紋，彎曲試樣外表面也出現(xiàn)裂紋。

文章來(lái)源——金屬世界