第18卷第6期2 0 1 0年12月材料科学与工艺MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOCY V0lJ18 No．6 Dec．．20l0 自制铁铬锰合金耐液锌腐蚀性能的研究，张艺，刘俊友，吴春京，田广新，李伟，刘杰(1．北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083，E—mail：zhangyi198351@yahoo．corn．cn；2．北科德瑞冶金工程技术有限公司，北京100083) 摘要：针对应用于连续热镀锌生产线上辊类部件用材设计的奥氏体合金，系统研究了自制铁铬锰合金在工业锌液中(Zn一0．2％A1)的腐蚀行为及组织变化规律．研究表明：铁铬锰合金在工业锌液中具有良好的耐锌腐蚀能力，其腐蚀速率为8．11×10 g／(cm ·b)，而316L的腐蚀速率为1．65 x10。3 g／(cm ·h)；铁铬锰合金在工业锌液中首先生成Fe：Al ，其稳定性较好，可长时间抑制铁锌反应，12 d后铁锌金属间化合物才开始出现，生成的8(FeZn，)相中，因固溶了质量分数约为5．14％的cr，使得8相稳定性增加，进一提高了铁铬锰合金的耐锌腐蚀能力．以锰代镍来制取低成本的铁铬锰耐锌腐蚀合金具有可行性．关键词：腐蚀；工业锌液；铁铬锰合金；辊类部件中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1005—0299(2010)06—0762—05 Corrosion behavior of a FeCrM n alloy in galvanizing bath for rolls in galvanizing lines ZHANG Yi ，LIU Jun-you ，WU Chun-jing ，TIAN Guang xin ，LI Wei ，LIU Jie (1．School of Materials Science and Engi,~ring，University of Science and Technology，~ijing 100{}83，china，E—mail：zhangyilg~351@yahoo．om．cn；2．Beijing BKDR Metallurgy Engineering＆Technology Co．Ltd．，Beijing 103083，China) A ：A austenitic alloy·FeCrMn alloy for immersed rolls in continuous hot—dip coating lines was devel—oped．and a systematic study of corrosion behaviors of this alloy in molten zinc at 450 ℃was carried out to better understand the reaction mechanism．The resuhs show that the corrosion rate of the FeCrMn alloy in gal—vanizing bath is approximately 8．11×10 g／(em ·h)，while that ofthe 316L is 1．65×10 g／(cm ·h)．It is also found that the phase of Fe2 A15 can exist in the FeCrMn aJloy stably for 1 2 days．In comparison，a Fe—Zn intermetallic compound forms in the 316L after 5 days．After 12 days．the 8 phase appears in the FeCrMn alloy which contains about 5．14％Cr．The existence of Cr improves the stab ilization of 8 phase by slowing down the reaction of Fe and Zn．So it is feasible to substitute manganese for nickel in making the FeCrMn austenitic corrosion resistance alloy．Key words：corrosion；galvanizing bath；FeCrMn alloy；rolls 钢铁腐蚀给国民经济造成巨大的损失，热镀锌作为最有效的防护手段之一，对减少这种损失发挥着重要作用?．但是，对于连续热镀锌带钢或钢丝的生产线上锌锅部件，如沉没辊、稳定辊、轴承，由于工业锌液的腐蚀，其失效严重．一般收稿日期：2009—02—12．基金项目：”耐液态铝锌硅高温腐蚀的新合金材料”中小企业创新基金项目(07KW14003)．作者简介：张艺(1983一)，女，博士研究生．的钢带连续热镀锌生产线上辊类部件的维修周期平均为两个星期一次，这严重阻碍了热镀锌业的进一步发展．锌锅中各种辊用材料常用316L 不锈钢材质制作J，该材质选用战略金属物质镍和钼较多，价格昂贵，提高了热镀锌钢带的成本．近年来，国内外一直在探索研究取代316L的新钢种J，我课题组拟定了以锰代镍的战略方针，以铁铬锰奥氏体代替铁铬镍奥氏体，以期在不损失耐蚀锌能力的前提下降低成本．在连续热镀锌生产线中，广泛采用加少量铝(0．2％)的工业锌液，第6期张艺，等：自制铁铬锰合金耐液锌腐蚀性能的研究，763· 少量铝的存在将改变合金在锌液中的腐蚀行为，铝的存在对铁锌化合物的形成具有抑制作用．本文对自制的铁铬锰合金在工业锌液中的腐蚀行为进行了研究，探讨了铁铬锰合金在含0．2％A1 的工业锌液中的腐蚀行为，检验其是否适用于连续热镀锌生产线上辊类部件．1 实验用工业纯铁、纯锰和纯铬等在10 容量的真空感应炉中熔炼出板坯(合金的化学成分及力学参数见表1和表2)，用线切割机加工成15 mm x 10 mm×5 mm的试样．用井式电阻炉做热源，将锌锭放人电炉中的石墨坩埚中，将炉内温度设定为490 oC，待锌锭熔化后，将试样浸入工业锌液中．进行此温度下不同腐蚀的静态腐蚀试验，并计算每个相应的腐蚀速率，沿着试样截面进行厚度测量，取平均值，可用于计算腐蚀速度，计算公式为dw／dt=P·(dy／dt)·(1／2)，(1) 式中：dw／dt为腐蚀速度，g／(cm～·h)，P为被腐蚀基体的密度，g／(cm )，dy／dt为单位时间平均厚度损失(cm／h)，式中的1／2是因为测量试样的厚度时，测两个面．利用金相显微镜(JL一02A)和扫描电镜(LEO 1530 VP)对试样的腐蚀层进行显微组织观察，用能谱仪(INCA 300)进行腐蚀层化学成分分析，用显微硬度计(LEICA VMHT一30)进行厚度测量，利用x射线衍射仪进行腐蚀层相确定．表1 两种合金的化学成分(质量分数／％) 表2 图7对应的各点的能谱分析结果(质量分数／％) 时间／d 相组成14 44．84 42．53 4．14 42．01 43．09 5．9l 47．56 2．94 2．19 35．94 34．38 3．41 36．52 31．33 4．17 36．93 6．51 6．46 O．69 0．89 9．66 1．42 2．70 14．91 5．14 1．45 0．94 6．79 O．98 4．78 余量余量余量余量余量余量余量余量余量F。2Al5Zn F 2Al5Zn Fe2Al5Zn Fe2Al5Zn 2 结果与分析2．1 腐蚀速率图1为铁铬锰合金、316L不锈钢和纯铁在450 cI=工业锌液中腐蚀深度随时间变化图．纯铁在工业锌液中腐蚀很快，6 d后试样被腐蚀掉的厚度达到3．5 mm．其中，前24 h为纯铁加速腐蚀时间段，超过24 h后进入稳定腐蚀阶段；而316L 不锈钢在前5 d腐蚀较慢，被腐蚀掉的厚度为0．285 mm，随后腐蚀加快，12 d后趋于稳定；铁铬锰合金在前12 d内腐蚀都很缓慢，腐蚀掉的厚度为0．23 mm，随后腐蚀加快，14 d后也趋于稳定．图2为3种合金在整个腐蚀阶段的平均腐蚀速率．由图2可知，铁铬锰合金的耐锌腐蚀能力最好，腐蚀速率最低，为8．11 x 10“g／(cm ·h)，316L不锈钢腐蚀速率为1．65×10。g／(cm · h)，是铁铬锰合金的2倍还多，纯铁耐锌腐蚀能力最差，其腐蚀速率为9．5×10 g／(Cm ·h)．图1 不同合金腐蚀深度随时间的变化关系Z 叶B