轴承钢在盐酸中腐蚀行为的研究

李 闯

（云南经济管理学院，云南昆明 650093）

0 引言

轴承钢广泛用于化工、石油、食品和船舶等工业领域中，一直以来其机械性能和力学性能备受关注.随着盐酸酸化，氯离子浓度升高，从而使得轴承钢的腐蚀日趋严重，但历年来对轴承钢耐蚀性能研究较少.腐蚀直接导致轴承钢的力学性能大大降低，为保障安全生产及经济开发，了解这种材料在盐酸介质中的腐蚀特性极其重要［1-5］.

1 实验材料与研究方法

实验所采用材料为轴承钢GCr15，轴承钢的直径为φ15 mm.利用直读光谱仪对轴承钢进行元素的定量分析，如表1所示.

表1 轴承钢成分（质量分数）

用型号DK7716电火花数控线切割机切割轴承钢试样.用型号SX2-4-10箱式电阻炉对φ15 mm×15 mm圆柱形的轴承钢进行球化退火，具体工艺如下：

（1）将电阻炉加热到790 ℃，然后把轴承钢试样放进电阻炉，保温4 h.

（2）保温结束后，将电阻炉再冷却到720 ℃，保温5 h.

（3）将电阻炉以20 ℃/s冷却速度降至650 ℃，最后出炉空气中冷却至室温.

随后将装有体积分数50%的浓盐酸溶液进行水浴加热，水浴加热到70～75 ℃，将热处理、未热处理的轴承钢试样分别放进体积分数50%的浓盐酸溶液进行腐蚀，腐蚀5 min、10 min、30 min 后取出，利用型号XIP300金相显微镜观察不同腐蚀时间的轴承钢试样横纵截面，利用型号FA2004B电子天平分别测量热处理前和热处理后试样腐蚀过程中损失的质量；测量热处理前和热处理后的腐蚀电位，记录数据.

图1 金相组织

2 实验结果分析

2.1 热处理前后金相照片

热处理前是带有网状渗碳体的珠光体组织.利用Image Tool软件测出珠光体团的尺寸大约为17 μm，网状渗碳体大约占14.80%.之所以有这样的组织，是因为GCr15为过共析钢，在Ac1与Accm之间，奥氏体会沿奥氏体晶界析出二次网状渗碳体，在温度降到Ac1时，奥氏体发生共析反应，生成珠光体组织，最后就会得到带有网状渗碳体的珠光体组织.

球化退火后是粒状碳化物分布在铁素体基体上的组织，球状碳化物大小约为φ0.5 μm，碳化物约占15.45%.之所以有这样的组织，是因为在球化退火过程中珠光体变成奥氏体，同时会残留一部分未熔化的渗碳体.然后降温冷却到Ac1，由于温度降低，未熔化的渗碳体作为非均匀形核的球化核心，最终形成粗大的颗粒状的球状碳化物，同时使基体中含碳量减少，促使其转变为含碳量较少的铁素体组织.

2.2 轴承钢热处理前后纵横截面腐蚀后形貌

图2中a、b、c图是分别用浓盐酸腐蚀未热处理轴承钢的纵截面金相图片，d、e、f图是分别用浓盐酸腐蚀未热处理轴承钢的横截面金相图片.

图2 未热处理的金相照片

利用Image Tool软件测出管道宽度、孔洞半径及腐蚀面积，由表2、表3、表4可以看出，随着腐蚀时间的延长，管道宽度及孔洞半径有所增加，腐蚀面积与未被腐蚀面积的比值逐渐增大.

表2 未热处理纵截面管道宽度与腐蚀时间记录

表3 未热处理状态下不同腐蚀时间的孔洞直径统计结果

表4 未热处理横截面腐蚀面积所占比例与腐蚀时间记录

图3中a、b、c图是分别用浓盐酸腐蚀热处理过的轴承钢纵截面金相图片，d、e、f图是分别用浓盐酸腐蚀热处理过的轴承钢横截面金相图片.

图3 球化退火后的金相照片

利用Image Tool软件测出管道宽度、孔洞半径及腐蚀面积，由表5、表6、表7可以看出，同未被热处理的试样得出的结论一致，随着腐蚀时间的延长，管道宽度及孔洞半径有所增加，腐蚀面积与未被腐蚀面积的比值逐渐增大.但是球化退火后的管道宽度、孔洞半径及腐蚀面积/未被腐蚀面积的比值小于相同时间腐蚀未进行球化退火处理状态下轴承钢试样的数据.

表5 球化退火纵截面管道宽度与腐蚀时间记录

表6 球化退火不同腐蚀时间的孔洞直径统计结果

表7 球化退火横截面腐蚀面积所占比例与腐蚀时间记录

2.3 质量分析结果

对轴承钢热处理前后腐蚀时间与腐蚀质量变化关系进行分析，得到的结果如图4.由图4可得，随着腐蚀时间的延长，轴承钢质量逐渐减少；未进行球化退火的质量损失稍微严重；无论是否进行热处理，轴承钢质量前期随腐蚀时间延长减少较快，后期减少较慢.

图4 热处理前后质量随时间变化折线图

2.4 电化学腐蚀电位

图5a是未进行热处理合金的腐蚀电位，可得出电化学腐蚀电位为-0.67 V；图5b是进行热处理合金的腐蚀电位，可得出电化学腐蚀电位为-0.63 V，腐蚀电位低易被腐蚀，经热处理的更加耐腐蚀.球化后轴承钢耐腐蚀性好，可能与渗碳体形状的改变和合金元素固溶的改变有关.

图5 塔菲尔曲线

3 结论

本文利用金相显微镜等设备对轴承钢在盐酸中腐蚀后的形貌进行研究，对其质量损失进行分析，并测出其电化学腐蚀电位.结论如下：

1）对于轴承钢，纵截面腐蚀形貌为管道状，横截面腐蚀形貌为孔洞.随着腐蚀时间的延长，管道及孔洞的宽度逐渐增加.

2）热轧态和球化处理后轴承钢质量随着腐蚀时间延长而减少，但球化处理后质量损失率小于热轧态轴承钢.

3）轴承钢热处理前后的电化学腐蚀电位分别为-0.67 V、-0.63 V，腐蚀5～30 min后，未热处理状态腐蚀速度要大于球化处理状态腐蚀速度.因此企业选择球化退火处理后的轴承钢较好.