空调空调冷加工过程中不锈钢构件的腐蚀与织构演变

空调空调冷加工过程中不锈钢构件的腐蚀与织构演变

0不锈钢缺陷的原位监测通过对材料加工和使用过程中的失败分析，我们可以提供有价值的材料信息，并找到故障解决的解决方案。发生失效的成因很多,包括金属疲劳、腐蚀、生产过程中产生的缺陷,使用中的磨损以及维护或使用不当等。作为最常见的缺陷分析手段之一,断口分析和金相分析能提供很多有价值的信息,但不能提供晶体学、织构和应力分布信息。为了获得缺陷处应力分布、微观织构变化或未知颗粒相鉴定等原位信息,必须要借助特殊的工具——电子背散射衍射(EBSD)分析技术,此技术在区域信息的获得方面更具有优势。本研究的目的是通过应用EBSD技术研究不锈钢失效构件缺陷局部织构变化及应变分布信息,寻找构件形变部位内表面发生选择性点腐蚀的腐蚀机制。同时,还将讨论应变与晶粒取向差的关系和表征方法。1材料的拉伸和拉伸Ryde等研究发现,应变和晶粒取向差的之间存在一定程度的线性关系。报道指出,线性关系在拉应变不超过20%区间内都是存在的。但材料服役实际过程中,应变往往更高。例如,过载情况下,不仅要考虑50%工程应变区间情况下应变和晶粒取向差的关系,更要考察失效合金构件如奥氏体304L不锈钢对这种关系的适用性。样品均取自AISI奥氏体304L不锈钢,经激光切割成1mm厚备用。拉应变样品经不同拉伸程度直至50%工程应变,EBSD分析用样品切取自中央应变区域,截面样垂直于拉伸轴取得,经机械抛光后用85%冰醋酸和15%高氯酸的混合电解液电解抛光处理。样品的平均晶粒度约22μm。EBSD数据由CamScanS4FEGSEM系统采集获得。为了确定晶粒取向,采集了1mm2面积内的晶体织构变化,采集步长5μm,扫描方式为电子束和样品台共同扫描。晶粒取向采集步长分别为3μm、1μm和0.5μm。图1是极图强度与工程应变的对应关系,极图来自5μm步长的采集数据。从图中可以看出随着应变值的增大,织构强度同步加强。图2显示工程应变率与平均晶粒取向差的关系,从图中可以观察到,2%～10%和10%～30%范围内存在一定的线性关系,大于30%后未观察到规律性的关系。图中曲线由实验获得,包括数据采集步长及确定平均晶粒取向差的数据后处理等。必须指出,每个参数的变化都会导致不同的结果,因此在将其应用到应变时,各种参数在选定后不能再更改。2折外表面未发现腐蚀图3(a)和3(b)是304L奥氏体不锈钢板弯折制成商用烤箱架,发生点蚀后的光学宏观形貌图。该烤箱架刚使用了4个多月,弯折内表面已发生选择性点蚀,如图3(a)所示。弯折外表面未发现腐蚀存在,如图3(b)所示。造成点蚀的原因可能有以下几种:(1)内表面冷凝物残留;(2)氧化皮物理或化学特性;(3)残余应力;(4)晶体织构或以上各机制综合所致。点蚀不大可能是凝结物所致,因为折弯的一边是水平的,点蚀应该在弯折整个内表面弥散分布。本研究未进行氧化皮的性质表征,但在点蚀区域EDS分析中发现氯元素的存在。通常用X射线衍射法来测定样品的残余应力,但本文样品很难获得衍射数据。同样在点腐蚀区域用X射线法获得微观区域的织构信息也是相当困难的。因此,本研究采用EBSD分析法对弯折区域截面的应变和织构进行表征。3硅用抛光从不锈钢架截取样品,经镶嵌、研磨、机械抛光后,采用硅乳胶抛光。图4(a)是弯折处的SEM低倍电子背散射图,在图4(b)高倍图中可明显看到大变形,折弯内部存在裂缝,见图4(a)。4拉应力区的点蚀EBSD采集自机械抛光样品表面。完成3次贯穿整个截面的扫描A,B和C。A和B采集自变形区域(图5),C采集自远离弯折变形的区域。以上各区域的平均错位分布图见图5(a),5(b)和5(c),图中清晰演绎了A,B和C区域的应变分布。截面的应变对比见图5(d),应变峰值为A区的折弯表面,约为30%。尽管上下表面的最大应变接近,但处于压应变的区域面积比处于拉应变的区域面积小。内外两侧表面的应变相差不大,可以推断弯折内表面点腐蚀并非全部由应变导致,因为外表面存在同样的应变。应力不能由EBSD数据获得。图6(a),6(b)和6(c)分别是样品处于拉应力区域、中心区域和压应力区域的EBSD极图。拉应力区域主要是黄铜织构{011}<211>(图6(a)),压应力区域主要是铜织构{112}<111>(图6(b)),中心区域是以上两种组分的混合织构,正如未弯折变形区域的织构特征。图7中给出了A,B,C区域关于黄铜织构、铜织构、高斯织构{011}<100>及立方织构{100}<001>等4种织构的分析。显然,随着弯折过程的进行,近外侧表面区域黄铜织构的比例逐渐升高,而近内侧表面区域铜织构比例逐渐升高。Ravi等对晶体织构对点腐蚀发生的影响进行了研究,认为奥氏体304L不锈钢点蚀的主要原因是晶体织构。当轧制变形量在0～50%时,点蚀电位降低;轧制变形量大于50%时,点蚀电位升高,达到无应变材料的点蚀电位;轧制形变超过50%后,以黄铜织构为主。他们还探讨了点蚀的发生是否与材料表面的原子推垛方式有关。密排面促进钝化膜形成,防止点蚀发生,相反,非密排面在有应力存在时难以形成钝化膜,容易产生点蚀。在所研究的钢板折叠过程中,织构的变化与应变将产生原子密排的外表面和非密排的弯折内表面,可以推断出折弯架内表面产生的点蚀是由织构的变化与应变水平引起的。为了防止此类腐蚀的发生,建议考虑改变工艺设计方案,织构演变的控制很难预期,这就要求对加工技术做彻底的研究,避免后续铜织构的形成。5点腐蚀与织构演变的影响机理分析通过EBSD分析技术和SEM显微