邢獻(xiàn)強 （中鋼集團鄭州金屬制品研究院有限公司）

某彈簧廠采用 φ6. 0 mm 304H 不銹彈簧鋼 絲經(jīng)卷繞,、回火、噴九和清洗等制簧工序生產(chǎn)的 不銹鋼成品彈簧在倉庫放置貯存一段時間后,，發(fā) 現(xiàn)部分彈簧表面局部岀現(xiàn)不均勻的紅色銹斑,，無 法滿足下游客戶對其質(zhì)量的要求，需要分析產(chǎn)生 原因，找出解決問題的對策,，因此,，采用帶能譜的 掃描電鏡對其進行了詳細(xì)分析研究。

1   試驗方法

彈簧表面局部岀現(xiàn)不均勻紅色銹斑如圖 1  所示 ,。在銹蝕彈簧上取樣采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析  方法檢測鋼的化學(xué)成分,，采用掃描電鏡觀察彈簧  表面正常區(qū)（銀白色）和銹蝕區(qū)（紅色）微觀形貌， 并用能譜儀檢測正常區(qū)和銹蝕區(qū)微區(qū)化學(xué)成分,。 采用 80 ℃左右王水酸洗去除彈簧表面紅銹后用  掃描電鏡觀察彈簧表面正常區(qū)和銹蝕區(qū)微觀形  貌,，并用能譜儀檢測正常區(qū)和銹蝕區(qū)微區(qū)化學(xué)成  分 。用砂輪將銹蝕彈簧表面磨掉約 2 mm 深后用  能譜儀檢測磨面化學(xué)成分,，并將其數(shù)據(jù)和化學(xué)分  析方法數(shù)據(jù)比較,，以確定絕對差值。

2   試驗結(jié)果

2. 1   化學(xué)成分

銹蝕彈簧用 304H 不銹鋼熔煉分析和樣品分 析結(jié)果見表 1,。

2. 2   掃描電鏡微觀形貌

彈簧表面正常區(qū)（銀白色）酸洗前,、后微觀形

圖 1   銹蝕彈簧宏觀照片

貌如圖 2 所示，銹蝕區(qū)（紅色）酸洗前,、后微觀形 貌如圖 3 所示,，嚴(yán)重銹蝕區(qū)酸洗前、后微觀形貌 如圖 4 所示,。

紅色銹蝕區(qū)中未銹蝕和銹蝕部位能譜取樣 位置如圖 5 所示,；嚴(yán)重銹蝕區(qū)中未脫落和脫落部 位譜取樣區(qū)位如圖 6 所示。

酸洗后大凹坑及鄰近平坦區(qū)能譜取樣區(qū)位 如圖 7 所示,；酸洗后大凹坑中小凹坑及鄰近平坦 區(qū)能譜取樣區(qū)位如圖 8 所示,；彈簧砂輪磨削表面 能譜取樣區(qū)位如圖 9 所示。

2. 3   能譜分析

未經(jīng)歸化處理的彈簧酸洗前 ,、后表面正常 區(qū),、銹蝕區(qū)、嚴(yán)重銹蝕區(qū)和內(nèi)部能譜分析結(jié)果見 表 2 ,。 由 于 304H 不 銹 鋼 中 碳 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 0. 078%,，與 Fe、Cr,、Ni,、Si、Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比可忽 略不計［1-3］,，此外,，彈簧經(jīng)王水酸洗后表面和內(nèi)部 的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小，故對彈簧酸洗后表面和內(nèi)部

表 1   銹蝕彈簧304H 不銹鋼化學(xué)成分

ω/%

圖 2    彈簧正常區(qū) SEM 及能譜取樣區(qū)位照片

圖 3    彈簧銹蝕區(qū) SEM 照片

能譜分析數(shù)據(jù)（剔除 C 和 O 之后）作歸化處理,， 經(jīng)歸化處理的部分檢測區(qū)位能譜分析結(jié)果

圖 4    彈簧嚴(yán)重銹蝕區(qū) SEM 照片

圖 5   紅色銹蝕區(qū)中未銹蝕和銹蝕部位能譜取樣位置

圖 6   嚴(yán)重銹蝕區(qū)中未脫落和脫落部位譜取樣區(qū)位 見表 3,。

圖 7    酸洗后大凹坑及鄰近平坦區(qū)能譜取樣區(qū)位

圖 8    酸洗后大凹坑中小凹坑及鄰近平坦區(qū)能譜取樣

區(qū)位

圖 9    彈簧砂輪磨削面能譜取樣區(qū)位

3   分析討論

由表 1 可知，不銹彈簧所用 304H 鋼化學(xué)成  分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但 Cr 和 Ni 含量均接近下限 ,。 由圖 2 可知,，銀白色正常區(qū)表面比較光滑 。 由圖  3a,、圖 4a 及相關(guān)能譜分析數(shù)據(jù)（表 2）可知,，紅色  銹蝕區(qū)為彈簧基體表面覆蓋一層含有 Fe、Cr,、Ni,、

Si、P,、S,、C、O,、Ca,、Na、Mg,、K,、Cl 等多種元素的復(fù)  合物 。根據(jù)鋼絲和彈簧生產(chǎn)工藝流程推測,，覆蓋  層含有如此多的元素應(yīng)主要來源于 3 個方面,，一  為彈簧自身，二為冷拉過程中的潤滑劑殘留,，三  為制簧清洗過程中清洗液殘留 。 由圖 3b,、圖 4b  可知,，紅色銹蝕區(qū)經(jīng)酸洗去除表面覆蓋物之后， 其形貌主要有孔洞,、大凹坑,、和大凹坑分布許多  小凹坑 3 種形態(tài)組成 ?；谏鲜龇治?，可以推測  304H 不銹彈簧局部銹蝕的原因為生產(chǎn)不銹鋼絲  的原材料熱軋線材表面局部存在麻面或麻坑，這  些麻面或麻坑在后續(xù)冷拉過程中只能變淺無法  徹底消除,，鋼絲在拉絲模內(nèi)高壓,、高溫條件下變  形時必然將潤滑劑擠入這些缺陷中變成殘留物  遺傳到彈簧上 。 凹坑中殘留的潤滑劑在制簧回  火時和空氣中的氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),，形成存在帶有  孔隙的多元復(fù)合物［4-6］,，在彈簧浸泡清洗時多元  復(fù)合物孔隙必然滲入清洗液，由于暗藏于微孔中  的清洗液很難在烘干過程中徹底去除，表面局部  凹坑中殘留有清洗液和多元復(fù)合物的成品彈簧  經(jīng)包裝入庫貯存后,，凹坑中殘留清洗液和多元復(fù)  合物必然和彈簧表面基體產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng),，生成  膨松的紅色銹蝕物，當(dāng)銹蝕物積累到一定量時,， 將會把表層氧化膜擠破,，露出多元復(fù)雜的物質(zhì)  （圖 4），最終的結(jié)果是腐蝕嚴(yán)重的地方變成孔  洞,，腐蝕較輕的地方變成微形凹坑 ,。有的腐蝕區(qū)  形貌是大凹坑、有的腐蝕區(qū)形貌是大凹坑中分布  許多小凹坑,，這和鋼中元素（主要 Cr 和 Ni）分布  偏析有關(guān),，有關(guān)佐證見表 3 中的數(shù)據(jù) 。 當(dāng) 304H  鋼中 Cr 和 Ni 含量如果遠(yuǎn)高于下限是否也會生銹  有待進一步研究,。

4    結(jié)論

造成 304H 不銹彈簧局部銹蝕的原因為包裝  入庫貯存的成品彈簧表面局部凹坑中殘留有潤  滑劑和空氣反應(yīng)形成的多元復(fù)合物以及清洗液,， 這些物質(zhì)和彈簧表面基體經(jīng)漫長的電化學(xué)反應(yīng)， 生成呈紅色的銹蝕物,。

表2    未經(jīng)歸化處理的區(qū)位能譜分析結(jié)果

ω/%