提高316不锈钢抗晶间腐蚀能力的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种不锈钢材料的表面处理方法，特别是一种不锈钢表面镀层的制备 和强化方法，应用于材料表面腐蚀防护技术领域。
【背景技术】
[0002] 不锈钢具有较高的耐腐蚀性，主要是加入了 Cr、Ni的缘故。加入的Cr、Ni与空气中 的氧发生反应，表面形成一层致密的氧化膜，这种氧化膜在很多腐蚀介质中具有很高的稳 定性，从而防止钢本身被腐蚀介质腐蚀。316奥氏体不锈钢是应用最为广泛的一种Cr-Ni不 锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性和机械特性。
[0003] 但是不锈钢在一定条件下也会遭受腐蚀。晶间腐蚀就是不锈钢中常见的一种腐蚀 形式，是在晶粒边界附近发生的、选择性的一种腐蚀现象。受这种腐蚀的设备或部件，表面 上虽仍呈金属光泽，但因晶粒之间已失去联系，受到敲击时已没有金属的声音，钢质变脆。 在微观上晶间腐蚀表现出因在晶界处出现析出相而贫铬和杂质聚集等现象，使得晶界很容 易遭受腐蚀，以致于晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。
[0004] 奥氏体不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。当温度 在450°C~850°C时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于Cr的扩散速度。因为室温时碳在奥 氏体中的溶解度很小，约为0.02%~0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故 多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和Cr化合，在晶间形成Cr的化合物，如Cr 23C6 等。研究表明，Cr晶粒内扩散速度比Cr沿晶界扩散速度小，内部的Cr来不及向晶界扩散，所 以在晶间所形成的碳化Cr所需的Cr主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结 果就使晶界附近的含Cr量大为减少，当晶界的Cr的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的 "贫Cr区"，在腐蚀介质作用下，钝化膜遭到破坏，贫Cr区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间 腐蚀。
[0005] Ni在不锈钢中的主要作用是形成并稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，提高 材料的韧性，同时可以起到很好的抗腐蚀能力。很多研究表明，镀镍层在腐蚀介质中有钝化 性，可以提高不锈钢的抗晶间腐蚀能力，但镍的成本较高，增加不锈钢中镍的含量必然带了 不锈钢成本的增加，不利于不锈钢应用产业的发展。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种 提高316不锈钢抗晶间腐蚀能力的工艺，在316不锈钢表面镀上一层适当厚度的镍镀层，并 通过还原气氛保护下分段退火处理，本发明通过电镀、气氛保护分段退火来提高316不锈钢 抗晶间腐蚀能力，而且处理成本低，可大规模用于工业生产中。
[0007] 为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案： 一种提高316不锈钢抗晶间腐蚀能力的工艺，步骤如下： a.采用电镀的方法在316不锈钢表面镀上一层设定厚度的镍镀层;在进行电镀镍的工 艺时，优选采用的电镀液配方为:硫酸镍的浓度为150-300g/L，氯化镍的浓度为25-45g/L， 硼酸的浓度为20_50g/L，添加剂BMP的浓度为0.5-5. Og/L，电镀液的pH为3.0-5.0，电镀镍 工艺温度为30~60°C，电镀镍工艺电流强度为1.0~10.0 A/dm2; b.在还原气氛保护下对在所述步骤a中制备的带有镍镀层的316不锈钢进行分段退火 处理，各阶段退火工艺均优选在氢气气氛下进行，具体采用三段退火处理工艺，分段退火处 理工艺的控制条件如下： 第一阶段退火工艺:退火炉以5~10°C/min的升温速度升至退火温度，退火温度为900~ 1200°C，保温时间为12~24h; 第二阶段退火工艺:在退火炉以5~30°C/min的降温速度冷却至温度300~450°C后，保 温1~5h; 第三阶段退火工艺:随炉冷却至室温。
[0008] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 1. 本发明显著提高316不锈钢抗晶间腐蚀的能力，扩大了316不锈钢的使用范围； 2. 本发明对镀镍层的退火处理，起到合金化的作用，使Ni形成并稳定奥氏体，从而使 316不锈钢获得完全奥氏体组织，提高材料的韧性，同时可以起到很好的抗腐蚀能力； 3. 本发明对镀镍层的退火处理，起到固溶处理的作用，将沉积于316不锈钢晶界的 Cr23C6、Fe23C6等碳化物重新溶解到奥氏体晶粒中，固溶处理后的316不锈钢抗晶间腐蚀能力 得到增强； 4. 本发明对镀镍层的退火处理，增强了镍镀层与基体的结合力，改善了电镀后镍镀层 与不锈钢结合力差的缺点，这样的镀镍层在腐蚀介质中有钝化性，显著提高316不锈钢的抗 晶间腐蚀能力； 5. 本发明工艺简单，处理效果明显，操作性强，能大规模用于工业生产。
【具体实施方式】
[0009] 本发明的优选实施例详述如下： 实施例一： 在本实施例中，一种提尚316不镑钢抗晶间腐蚀能力的工艺，步骤如下： a. 选用尺寸为80X10X4mm的316不锈钢试样，采用电镀的方法在316不锈钢试样表面 镀上一层设定厚度的镍镀层，在进行电镀镍的工艺时，采用的电镀液配方为:硫酸镍的浓度 为150g/L，氯化镍的浓度为25g/L，硼酸的浓度为20g/L，添加剂BMP的浓度为0.5g/L，电镀 液的pH为3.0，电镀镍工艺温度为30°C，电镀镍工艺电流强度为1. OA/dm2; b. 在氢气还原气氛保护下对在所述步骤a中制备的带有镍镀层的316不锈钢试样进行 分段退火处理，具体采用三段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下： 第一阶段退火工艺:退火炉以5°C/min的升温速度升至退火温度，退火温度为900°C，保 温时间为12h; 第二阶段退火工艺:在退火炉以5°C/min的降温速度冷却至温度300°C后，保温lh; 第三阶段退火工艺:将带有镍镀层的316不锈钢试样随炉冷却至室温，最终得到耐蚀 316不锈钢件。
[0010] 采用3.5wt. %NaCl溶液中的极化曲线评价本实施例制备的耐蚀316不锈钢件的材 料耐腐蚀性能，参数见表1。
[0011] 实施例二： 本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提尚316不镑钢抗晶间腐蚀能力的工艺，步骤如下： a. 选用尺寸为80X10X4mm的316不锈钢试样，采用电镀的方法在316不锈钢试样表面 镀上一层设定厚度的镍镀层，在进行电镀镍的工艺时，采用的电镀液配方为:硫酸镍的浓度 为300g/L，氯化镍的浓度为45g/L，硼酸的浓度为50g/L，添加剂BMP的浓度为5.0g/L，电镀 液的pH为3.0，电镀镍工艺温度为60°C，电镀镍工艺电流强度为2. OA/dm2; b. 在氢气还原气氛保护下对在所述步骤a中制备的带有镍镀层的316不锈钢试样进行 分段退火处理，具体采用三段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下： 第一阶段退火工艺:退火炉以l〇°C/min的升温速度升至退火温度，退火温度为900°C， 保温时间为12h; 第二阶段退火工艺:在退火炉以20°C/min的降温速度冷却至温度450°C后，保温5h; 第三阶段退火工艺:将带有镍镀层的316不锈钢试样随炉冷却至室温，最终得到耐蚀 316不锈钢件。
[0012] 采用3.5wt.