晶間腐蝕是一種選擇性的腐蝕破壞,它與一般選擇性腐蝕不同,腐蝕不是從局部外表面開始的,而是集中發生在金屬的晶界區,因此稱做晶間腐蝕。發生這種類型腐蝕之后,有時從外觀上不易察覺出來,但由于晶界區因腐蝕已遭到破壞,材料強度幾乎完全喪失,嚴重者可失去金屬聲,這時每個晶粒實際上已接近分離,稍經受力即沿晶界斷裂,甚至會成為粉末。所以晶間腐蝕是一種危害性很大的腐蝕破壞。


  晶間腐蝕在鉻鎳、鉻錳氮等奧氏體在線亞洲日產一區二區:不銹鋼管與高鉻鐵素體不銹鋼管中均可發生,兩者表現形式雖相同,但其機理不完全一樣。


  奧氏體不銹鋼在450~850℃區間受熱后,原來固溶在奧氏體中的碳與鉻結合,在奧氏體晶界以Cr23C6碳化物的形式析出,造成了晶界區的奧氏體貧鉻,即鉻降到不銹鋼耐蝕所需要的最低含量以下,從而使腐蝕集中在晶界的貧鉻區。貧鉻區的厚度為10~41nm。貧鉻區成為微陽極,Cr23C6和其余奧氏體區成了微陰極,于是構成了腐蝕微電池。這就是通常所說的奧氏體不銹鋼晶界腐蝕的貧鉻論。


 消除鉻鎳奧氏體不銹鋼管因Cr23C6析出所造成的晶間腐蝕的方法,有如下幾種。


   ①. 采用高溫(wen)1050~1100℃固溶(rong)處(chu)理,將鉻的碳化(hua)物全部溶(rong)解(jie)在奧氏(shi)體(ti)中(zhong),然后水淬,將奧氏(shi)體(ti)固定下來。但這通常(chang)只適用于不再焊接的鋼。


   ②. 生產超低碳(C含量<0.03%)不銹鋼,使Cr23C6無從析出。


   ③. 改變析出的碳化物類型。最常用的方法是向鋼中加入強碳化物形成元素,如Ti、Nb等。由于這些元素與碳的結合力比鉻大得多,因此,當這些元素的量足夠時只會形成TiC或NbC 等穩定型碳化物,不再會出現Cr23C6。而且TiC或NbC在1050℃以下不溶于奧氏體,這就排除了在低溫形成Cr23C6的可能性,從而就消除了由于Cr23C6析出所造成的晶間腐蝕。一般含有Ti、Nb這類元素的鋼稱為穩定化鋼。實踐證明,為避免奧氏體鋼產生晶間腐蝕,加入Ti或Nb的量顯然取決于鋼中的碳含量,它們在鋼中的含量應分別為


     0.8% ≥ [Ti] ≥ 5([C]-0.02)   (3-1)


     1.0% ≥ [Nb] ≥ 10[C]-0.02)   (3-2)


  式中,[C]為鋼的總碳量;0.02為可溶解于奧氏體而不形成碳化物的那一部分碳。需要指出,以Ti、Nb等元素穩定化的鋼,必須再經穩定化熱處理才能保證無晶間腐蝕。穩定化熱處理的工藝為:850~880℃保溫5~6h后空冷。這樣處理的目的就是讓Cr23C6型碳化物溶解,而讓TiC或NbC充分析出。


   ④. 改變晶界上碳化鉻析出的數量及分布狀態。欲達此目的,可有兩種途徑:一是調整鋼的化學成分,使鋼成為奧氏體鐵素體雙相組織;二是把鋼預先進行冷形變。當鋼為γ+δ雙相組織時,如鋼在450~850℃受熱,則Cr23C6碳化物首先在δ/γ相界處的δ鐵素體一側析出,并且呈分散的點狀,這樣,就減少了在奧氏體晶界析出的Cr23C6的量。同時,由于鉻在δ鐵素體中的擴散系數要比在奧氏體中的擴散系數大103倍,所以不至于在8鐵素體內Cr23C6析出的周圍造成貧鉻區。這樣,就降低了晶間腐蝕傾向。把鋼預先進行冷形變,就可使Cr23C6沿滑移帶析出。這樣,也使得奧氏體晶界上析出的Cr23C6數量減少及分布不連續,從而也就降低了晶間腐蝕傾向。


  鐵素體不銹鋼(gang)有(you)時也可(ke)產(chan)生(sheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),但避免這(zhe)種腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)熱(re)處理(li)(li)工藝恰(qia)好與奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)相反。研究指(zhi)出(chu)(chu),鐵素體不銹鋼(gang)自900℃以上(shang)急(ji)速水冷后(hou),很容易遭受(shou)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi);這(zhe)種易受(shou)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)狀態(tai)(敏化態(tai))經過650~850℃加熱(re)后(hou),便(bian)可(ke)消(xiao)除(chu)(chu)(chu)。但奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)和鐵素體鋼(gang)發(fa)生(sheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)以及消(xiao)除(chu)(chu)(chu)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)處理(li)(li)如此不同,是(shi)由于C及N在(zai)α中(zhong)的(de)(de)固溶度(du)遠(yuan)小于在(zai)γ中(zhong)的(de)(de)固溶度(du),加上(shang)C及N在(zai)α晶(jing)界(jie)吸附趨(qu)勢大,易在(zai)α晶(jing)界(jie)析(xi)(xi)出(chu)(chu)碳化鉻(ge),因而形成貧(pin)(pin)鉻(ge)區引起晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。碳化鉻(ge)在(zai)α晶(jing)界(jie)的(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)(chu),用一般(ban)的(de)(de)水冷無法(fa)抑制(zhi),這(zhe)是(shi)一方面;另一方面,由于Cr在(zai)α中(zhong)的(de)(de)擴散(san)較在(zai)γ中(zhong)擴散(san)來得快,因而在(zai)650~850℃短時加熱(re)即可(ke)消(xiao)除(chu)(chu)(chu)貧(pin)(pin)鉻(ge)區,從而消(xiao)除(chu)(chu)(chu)了晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。


  晶間腐蝕是沿晶粒界面所產生的局部腐蝕,受焊接使用的高溫Cr23C6在晶界析出,而在其近旁的貧鉻部位產加熱,鉻碳化物產生選擇性的腐蝕。


  晶間腐蝕是在結晶粒界進行的局部腐蝕。腐蝕在內部進行時會使結晶顆粒紛紛脫落。不銹鋼管的基體是鐵中含有鉻的合金,而碳和鉻具有易結合的性質,在高溫加熱時,碳化鉻(Cr23C6)在結晶粒界上析出,使這個碳化鉻的周圍變成“貧鉻”狀態。根據環境情況,在“貧鉻”的部位,有選擇性地被腐蝕,稱為晶間腐蝕,如圖3-5所示。


圖 5.jpg


  焊接時(shi),在熱影響區引起碳(tan)化(hua)鉻(ge)(ge)在結(jie)晶粒(li)(li)界(jie)上(shang)析(xi)(xi)出(chu),稱為敏化(hua)。碳(tan)化(hua)鉻(ge)(ge)析(xi)(xi)出(chu)后,在其(qi)(qi)近(jin)旁的(de)(de)結(jie)晶粒(li)(li)界(jie)上(shang)的(de)(de)鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)(han)量(liang)“被減少”,在碳(tan)化(hua)物近(jin)旁其(qi)(qi)含(han)(han)(han)(han)鉻(ge)(ge)量(liang)有可(ke)能“貧”到(dao)(dao)臨界(jie)含(han)(han)(han)(han)鉻(ge)(ge)量(liang)以下。由于(yu)結(jie)晶粒(li)(li)內部(bu)鉻(ge)(ge)的(de)(de)擴散,使(shi)“貧鉻(ge)(ge)”部(bu)位得到(dao)(dao)鉻(ge)(ge)的(de)(de)補充。只是在碳(tan)化(hua)物近(jin)旁,因鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)(han)量(liang)減少到(dao)(dao)不(bu)能保持耐腐蝕性,就會發生晶間腐蝕。


  敏化可用加熱溫度和加熱時間的關系(TTS曲線)來表示。奧氏體型不銹鋼的代表鋼種06Cr19Ni10(304)的敏化情況如圖3-6所示。敏化的溫度區域在550~800℃,在這個溫度區間加熱時間過長或從高溫緩慢地冷下來也會發生敏化。


圖 6.jpg


  鐵素(su)體(ti)型的(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)管和奧氏體(ti)系列不(bu)(bu)銹鋼(gang)管不(bu)(bu)同的(de)(de)是,從850℃以上(shang)開始冷(leng)卻(que)時(shi),容易造成晶(jing)間(jian)(jian)腐蝕。這(zhe)是因為(wei)碳化鉻及氮化物(wu)析出非常迅速的(de)(de)緣故(gu)。鐵素(su)體(ti)中(zhong),鉻的(de)(de)擴散(san)比(bi)奧氏體(ti)中(zhong)鉻的(de)(de)擴散(san)要快。所以如果在(zai)碳化鉻析出溫度區域上(shang)短時(shi)間(jian)(jian)加熱,或者是從高(gao)溫緩慢地冷(leng)卻(que)下來,在(zai)“貧(pin)鉻”部位上(shang),鉻能很(hen)快得到補(bu)充,使用時(shi)就不(bu)(bu)會(hui)產生結晶(jing)粒界(jie)腐蝕。為(wei)了防(fang)止結晶(jing)粒界(jie)腐蝕,通常采取下述三項(xiang)措(cuo)施。


  ①. 固溶化熱處理時(shi)急劇冷卻,以抑(yi)制碳化鉻的(de)析出。


   ②. 降低(di)碳(tan)含量(liang)(選取鋼(gang)種的0.030%)。[C]≤0.030%


   ③. 添(tian)加鈦(Ti)或(huo)鈮(ni)(Nb):鈦或(huo)鈮(ni)和碳(tan)的結合力,比(bi)鉻和碳(tan)的結合力強,易(yi)在(zai)顆粒內(nei)部均勻析(xi)出碳(tan)化鈦或(huo)碳(tan)化鈮(ni),由(you)此(ci)抑制碳(tan)化鉻在(zai)晶界下的析(xi)出。