晶间腐蚀机理一

不锈钢晶间腐蚀试验与分析一、实验目的1. 掌握影响奥氏体不锈钢晶间腐蚀的因素；2. 掌握不锈钢晶间腐蚀试验的方法；二、实验原理18-8型奥氏体不锈钢在许多介质中具有高的化学稳定性，但在400-800 C范围内加热或在该温度范围内缓慢冷却后，在一定的腐蚀介质中易产生晶间腐蚀。

晶间腐蚀的特征是沿晶界进行浸蚀。

使金属丧失机械性能，致使整个金属变成粉末。

1. 晶间腐蚀产生的原因一般认为在奥氏体不锈钢中，铬的碳化物在高温下溶入奥氏体中，由于敏化(400-800 C)加热时，铬的碳化物常于奥氏体晶界处析出，造成奥氏体晶粒边缘贫铬现象，使该区域电化学稳定性下降，于是在一定的介质中产生晶间腐蚀。

为提高耐蚀性能，常采用以下两种方法。

(1)将18-8型奥氏体不锈钢碳含量降至0.03%以下，使之减少晶界处碳化物析出量，而防止发生晶间腐蚀。

这类钢成称为超低碳不锈钢，常见的有00Cr18Ni10。

(2)在18-8型奥氏体不锈钢中加入比铬更易形成碳化物的元素钛或铌，钛或铌的碳化物较铬的碳化物难溶于奥氏体中，所以在敏化温度范围内加热时，也不会于晶界处析出碳化物，不会在腐蚀性介质中产生晶间腐蚀。

为固定18-8型奥氏体不锈钢中的碳，必须加入足够数量的钛或铌，按原子量计算，钛或铌的加入量分别为钢中碳含量的4-8倍。

2. 晶间腐蚀的试验方法晶间腐蚀的试验方法有C法、T法、L法、F法和X法。

这里介绍容易实现的C 法和F法。

试样状态：(1) 含稳定化元素(Ti或Nb)或超低碳(C W 0.03%)的钢种应在固溶状态下经敏化处理的试样进行试验。

敏化处理制度为650C 保温1小时空冷。

⑵含碳量大于0.03%不含稳定化元素的钢种，以固溶状态的试样进行试验；用于焊接钢种应经敏化处理后进行试验。

(3)直接以冷状态使用的钢种，经协议可在交货状态试验。

(4)焊接试样直接以焊后状态试验。

如在焊后要在350C以上热加工，试样在焊后要进行敏化处理。

试样制备：(1) 试样从同一炉号、同一批热处理和同一规格的钢材中选取。

晶间腐蚀产生条件
晶间腐蚀是一种常见的金属腐蚀现象，它是由于金属晶界处的化学成分不同而引起的。

晶间腐蚀会导致金属的强度和韧性降低，从而影响金属的使用寿命和性能。

下面我们来探讨一下晶间腐蚀产生的条件。

晶间腐蚀的产生与金属的化学成分有关。

当金属中的某些元素在晶界处形成了化合物或固溶体时，就会导致晶界处的化学成分不同于晶内，从而引起晶间腐蚀。

例如，不锈钢中的铬、钼等元素在晶界处形成了化合物，容易引起晶间腐蚀。

晶间腐蚀的产生与金属的加工工艺有关。

在金属的加工过程中，如果温度过高或加工速度过快，就会导致金属晶界处的化学成分发生变化，从而引起晶间腐蚀。

此外，金属的焊接、热处理等工艺也容易引起晶间腐蚀。

晶间腐蚀的产生与金属的环境有关。

在一些特殊的环境中，如高温、高压、酸性或碱性环境中，金属晶界处的化学成分容易发生变化，从而引起晶间腐蚀。

例如，在高温高压下，不锈钢中的铬、钼等元素容易形成化合物，从而引起晶间腐蚀。

晶间腐蚀的产生与金属的微观结构有关。

金属的晶粒大小、晶界角度等微观结构参数都会影响晶间腐蚀的产生。

例如，晶粒越细，晶界处的化学成分差异越小，晶间腐蚀的产生就越不容易。

晶间腐蚀的产生与金属的化学成分、加工工艺、环境和微观结构等因素有关。

在实际应用中，我们需要根据具体情况采取相应的措施，如选择合适的材料、优化加工工艺、控制环境条件等，以减少晶间腐蚀的产生，提高金属的使用寿命和性能。

压力容器不锈钢晶间腐蚀的形成机理及试验方法作者：马宗萌来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第02期摘要：介绍不锈钢的晶间腐蚀机理，奥氏体不锈钢在敏化温度区内，碳向晶界扩散，并且碳与铬形成碳化铬，导致晶间贫铬，晶体内外出现电位差，产生电化学腐蚀，即为晶间腐蚀。

晶间腐蚀在特定介质下无法避免，需根据腐蚀环境选择合理的材质及进行晶间腐蚀试验，以判定不锈钢是否具有晶间腐蚀倾向。

关键词：不锈钢;贫铬;晶间腐蚀1 不锈钢晶间腐蚀概述随着社会的发展，材料的进步，碳钢的大量应用让人们认识到了钢材腐蚀的严重性，以及腐蚀带来的安全事故频发。

通过向碳钢中填加合金元素发明了不锈钢。

不锈钢耐腐蚀能力很强，有优良的耐均匀腐蚀性能以及良好的力学、焊接性能，但并不是万能的。

由于奥氏体不锈钢压力容器所产生的晶间腐蚀属于局部腐蚀，隐蔽性很强，不易发现。

对压力容器的安全运行造成极大隐患，易发生安全事故。

因此本文探讨分析奥氏体不锈钢晶间腐蚀的形成原因，以及怎么采取措施降低晶间腐蚀的影响。

不锈钢因填加合金元素和冶炼方法区别形成不同的钢种。

按照钢材晶相组织结构可以分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体--铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和近年研发的超级不锈钢;按照化学成分可以将不锈钢分为铬镍不锈钢和铬不锈钢两大类。

奥氏体不锈钢因优异的性能和相对得到了广泛的应用。

2 不锈钢晶间腐蚀的理论基础晶间腐蚀是指不锈钢在特定的腐蚀介质接触中，晶粒、晶界、基体和晶间化合物之间形成微电池效应，导致腐蚀从金属的表面开始，沿晶界不断向晶粒内部发展，造成不锈钢晶粒间结合力降低，不锈钢强度降低，严重时会造成材料的完全失效。

晶间腐蚀虽然在不锈钢表面没有形成严重的腐蚀痕迹，外表看不出腐蚀的迹象，但晶间腐蚀为沿晶界发展的裂纹，金属原有的物理、机械性能几乎完全丧失，导致其在很小的载荷下，便有可能发生材料的破裂失效。

奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理是贫铬理论：不锈钢因填加铬元素而有很高的耐蚀性，经研究铬含量14%～18%的不锈钢有极佳的耐蚀性，但铬含量≤12%时其耐蚀性能和普通碳钢差不多。

铁素体不锈钢晶间腐蚀的机理和改善应用研究作者：胡海波汤旭炎来源：《时代汽车》2021年第07期摘要：铁素体不锈钢在汽车行业使用很广泛，从电子零件到车身焊接，都要用到铁素体不锈钢，而且激光焊接是汽车系统对不同金属材料连接的一个重要方式，而不锈钢的成分对金属焊接造成的晶间腐蚀敏感性不同。

不锈钢的晶间腐蚀对焊接强度的耐久性有直接影响，对焊接牢固的安全性即对汽车系统的安全性有直接影响。

晶间腐蚀在不锈钢焊接工艺多少存在，本文对晶间腐蚀的发生原因和改善对策做了充分阐述。

关键词：晶间腐蚀敏化作用贫铬区铬化物草酸试验法1 引言汽车电子零件和钣金件，有用到很多铁素体不锈钢零件，而连接不锈钢的方式很多是采用激光焊接工艺，激光焊接后强度能满足测试要求，但是在长期的盐雾试验后，我们发现有很多发生了晶间腐蚀，造成焊接区域产生裂缝，甚至长期使用后，焊接部分发生脱离，造成汽车零件失效甚至造成汽车安全事故。

因此分析晶间腐蚀的发生机理和如何避免晶间腐蚀的发生尤为关键，本论文就以上问题做出深刻分析和改善措施验证，并且以汽车零件实例进行阐述。

1.1 晶间腐蚀概述晶间腐蚀指的是不锈钢在腐蚀介质的作用之下在晶粒之间所产生的一种腐蚀现象。

晶间腐蚀是一种局部腐蚀，这种腐蚀会沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展，其会严重破坏晶粒间的结合力。

导致这种腐蚀现象发生的原因是晶粒表面和内部之间的化学成分有着较大的差异，并且有晶界杂质或者是内应力存在。

这种腐蚀会严重破坏晶粒间的结合，让金属的机械强度受到巨大的影响。

需要注意的是这种腐蚀在金属和合金的表面看不出有破坏的迹象，然而其内部晶粒之间的结合力已经被破坏，并且力学性能也出现了恶化，很难有效分辨，所以非常危险。

只有采用金相显微镜进行观察，才能够发现晶界呈网状形态，晶界区因腐蚀已遭破坏，晶粒也接近分离。

晶间腐蚀多出现于黄铜、硬铝合金以及一些不锈钢、镍铬基合金中。

而在化学工业中，不锈钢焊缝的晶间腐蚀是一个重大的问题。

晶间腐蚀及选材不锈钢的晶间腐蚀是沿不锈钢晶粒间界产生的一种优先破坏.它曾经是人们20世纪30~50年代最为关注，最为常见的腐蚀破坏形式。

虽然不锈钢敏化态晶间腐蚀的事故已大大减少，但非敏化态晶间腐蚀的研究和解决尚需人们继续努力。

（一）铬镍奥氏体不锈钢的敏化态晶间腐蚀（1）现象和识别敏化态晶间腐蚀出现在焊接构件的焊缝热影响区或构件经过450~850°C加热的部件，在介质作用下导致这些部位的泄漏或破损；产生敏化态晶间腐蚀的设备，部件等，其尺寸，外形几乎没有变化且无任何塑性变形；除受腐蚀的区域外，其它部位没有任何腐蚀的迹象，仍具有明显的金属光泽；局部取样检查，受腐蚀部位的强度，塑性已严重丧失，冷弯时不仅出现裂纹，严重时常常出现脆断和晶粒脱落且落地无金属声。

在金相显微镜和扫描电镜下可以明显看到钢的晶界由于受腐蚀而变宽，多呈网状，严重时还有晶粒脱落现象。

（2）机理常见的敏化态晶间腐蚀应用贫铬理论可得到圆满的解释。

Cr-Ni奥氏体不锈钢在使用前或冶炼厂出厂交货状态多为固溶处理状态。

即将不锈钢加热到高温（1000~1150°C左右，随钢种而异），保温后快冷（一般为水冷）。

此时，当Cr-Ni奥氏体不锈钢中含碳量在0.02~0.03%以上时（随钢中的含Ni量而异），碳在钢中便处于过饱和状态。

随后，在不锈钢的加工及设备，构件的制造和使用过程中，若要经过450~850°C的敏化温度加热（例如焊接或在此温度范围内使用），则钢中过饱和的碳就会向晶界扩散，析出并与其附近的铬形成铬的碳合物。

在常用的Cr-Ni奥氏体不锈钢中，这种碳化物一般为Cr23C6[M23C6]。

由于这种碳化物含有较高的Cr，所以铬碳化物沿晶界沉淀就导致了碳化物周围钢的基体中Cr浓度的降低，形成所谓“贫铬区”。

当铬碳化物沿晶界沉淀呈网状时，贫铬区亦呈网状，不锈钢耐腐蚀是因为在介质作用下，钢中含有足以使钢在此介质中钝化的铬量。

而贫铬区铬量不足，使钝化能力降低，甚至消失，而奥氏体晶粒本身仍具有足够钝化（耐蚀）能力，因此，在腐蚀介质作用下晶界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间腐蚀。

晶间腐蚀的原理
在不锈钢中，碳与硫、磷等杂质元素的存在，会导致晶间腐蚀。

在加工和使用过程中，这些杂质会逐渐积聚在不锈钢中，并沿晶间的缝隙向基体中扩散，形成疏松多孔的组织，导致强度下降、脆性增大。

尤其是磷元素，当其浓度达到一定数值时，就会使不锈钢产生“点蚀”。

“点蚀”是一种典型的晶间腐蚀形式。

点蚀是指不锈钢表面出现小孔或凹坑等缺陷的现象。

在金属腐蚀过程中，产生晶间腐蚀的原因主要有以下几种：
1.合金元素的偏析
在金属晶体形成时，由于不同元素在晶体内的分布不同而导致原子序数和电子层数的不同。

合金元素的偏析可以通过化学分析来检测。

例如在不锈钢中加入少量Si、Al、Ca等元素，就会形成第二相沉淀物（Al2CuO4）。

这些第二相沉淀物不溶于水而溶于酸或碱中，当它们溶解于酸或碱中时，就会破坏原不锈钢中所含有的第二相沉淀物而生成新的化合物，这种化合物称为腐蚀产物。

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晶间腐蚀产生条件引言晶间腐蚀是一种常见的金属腐蚀类型，对于一些金属结构的强度和可靠性产生了严重的影响。

了解晶间腐蚀产生的条件对于预防和控制晶间腐蚀具有重要意义。

本文将深入探讨晶间腐蚀产生的条件。

组织结构对晶间腐蚀的影响晶间腐蚀主要发生在不锈钢和合金中。

晶间腐蚀的产生与材料的组织结构密切相关，下面将从晶间腐蚀的影响角度分析组织结构对晶间腐蚀的影响。

晶界溶质偏聚晶界溶质偏聚是晶间腐蚀的重要原因之一。

溶质偏聚会导致晶界区域退火不足，使晶界处易受腐蚀。

发生晶界溶质偏聚的原因常常是材料的非均匀冷却或热处理过程不当。

晶界结构异常晶间腐蚀还与晶界结构异常有关。

晶界结构异常可能是由于金属中的夹杂物或不均匀成分分布引起的。

这种异常结构容易形成电偶对，加速了晶间腐蚀的发生。

晶界能差异晶界能差异也是引发晶间腐蚀的一个重要因素。

晶界能差异会导致晶界区域具有更高的电化学活性，使其成为腐蚀的首要位置。

晶界能差异通常是由不同晶粒的成分和晶粒生长条件不同引起的。

环境因素对晶间腐蚀的影响溶液成分溶液成分是晶间腐蚀中的重要环境因素。

一些有害离子的存在会加速晶间腐蚀的发生。

例如，氯离子、溴离子和硫离子等常见的离子在一定条件下会导致晶间腐蚀加剧。

温度温度是晶间腐蚀的重要影响因素之一。

在一定的温度范围内，晶间腐蚀的速率随温度的升高而增大。

高温环境下的金属晶界往往更容易发生晶间腐蚀。

pH值溶液的pH值也对晶间腐蚀产生影响。

在一些特定的pH范围内，晶界区域的腐蚀速率显著增加。

不同金属对应不同的pH敏感范围。

氧化性氧化性是引起晶间腐蚀的另一个重要环境因素。

高氧化性会增加晶间腐蚀的概率。

氧化性通过氧化物和氧载体的形式参与晶间腐蚀的过程。

预防晶间腐蚀的措施合理冷却和热处理在金属材料制备的过程中，合理的冷却和热处理过程对于预防晶间腐蚀至关重要。

通过合理的退火和固溶处理，可以减轻晶界溶质偏聚的现象，减小晶界能差异。

选择合适的材料成分合理选择材料成分可以降低晶间腐蚀的风险。

晶间腐蚀C法1. 什么是晶间腐蚀晶间腐蚀（Intergranular Corrosion，简称IGC）是金属晶粒边界区域受腐蚀侵蚀的一种现象。

在金属的晶界处，由于晶界比晶内原子结构不规则，容易形成电化学反应的腐蚀偏析区域，从而引起腐蚀。

2. IGC的危害晶间腐蚀对金属的力学性能和耐蚀性能会造成显著的影响。

晶界处的腐蚀会导致材料的断裂和疲劳裂纹的扩展，降低材料的强度和延展性。

因此，IGC是金属材料失效的一种重要原因，尤其是在高温、高压环境下，IGC对材料的损伤更为严重。

3. 晶间腐蚀C法的原理晶间腐蚀C法是一种通过加入化学试剂来检测金属材料是否存在晶间腐蚀的方法。

C是Chemical的缩写，代表着这种方法的基本原理是利用化学试剂与晶间腐蚀发生反应。

晶间腐蚀C法主要基于以下两个原理：3.1 金属晶界处的电位差金属晶界与晶内存在着电位差。

由于晶界的结构不规则，晶界处的电位较低，容易形成阳极区，从而发生腐蚀。

而晶内则是相对的阴极区，相对不容易发生腐蚀。

晶间腐蚀C法通过加入化学试剂，可以加速这种电位差的形成，从而更加明显地检测出晶间腐蚀。

3.2 化学试剂的选择晶间腐蚀C法所使用的化学试剂是一种能够与晶间腐蚀发生反应的试剂。

常用的化学试剂包括酸性溶液或酸性盐溶液。

这些试剂能够与金属晶界处的阳极区形成特定的化学反应，形成可见的腐蚀产物，从而可以通过观察腐蚀产物的形成情况来判断材料是否存在晶间腐蚀。

4. 晶间腐蚀C法的应用晶间腐蚀C法主要用于金属材料的质量控制和腐蚀评估。

通过对材料进行晶间腐蚀C法测试，可以判断材料是否存在晶间腐蚀问题，并评估材料的腐蚀程度。

这对于选择合适的材料和制定相应的防腐措施具有重要意义。

5. 晶间腐蚀C法的步骤晶间腐蚀C法的测试步骤如下：1.准备要测试的金属材料样品。

2.将样品加入适量的化学试剂中，并进行浸泡。

3.观察样品在化学试剂中的反应情况。

如果样品发生明显腐蚀，说明存在晶间腐蚀。

6. 晶间腐蚀C法的局限性晶间腐蚀C法虽然是一种简单、快速的金属晶间腐蚀测试方法，但也存在一定局限性。

再说不锈钢晶间腐蚀1问题的提出晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀形式，那么产生晶间腐蚀的机理是什么？在什么介质环境下会引起晶间腐蚀？防止和控制晶间腐蚀的主要方法有哪些？奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境焊后是否都要热处理？本文查阅有关的标准、规范，专著，结合生产实际谈谈个人看法。

2晶间腐蚀的产生机理晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀，腐蚀沿着金属或合金晶粒边界或它的临近区域发展，而晶粒腐蚀很轻微，这种腐蚀便称为晶间腐蚀，这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱。

严重的晶间腐蚀，可使金属失去强度和延展性，在正常载荷下碎裂。

现代晶间腐蚀理论，主要有贫铬理论和晶界杂质选择溶解理论。

2.1贫铬理论常用的奥氏体不锈钢，在氧化性或弱氧化性介质中之所以产生晶间腐蚀，多半是由于加工或使用时受热不当引起的。

所谓受热不当是指钢受热或缓慢冷却通过450～850℃温度区，钢就会对晶间腐蚀产生敏感性。

所以这个温度是奥氏体不锈钢使用的危险温度。

不锈钢材料在出厂时已经固溶处理，所谓固溶处理就是把钢加热至1050～1150℃后进行淬火，目的是获得均相固溶体。

奥氏体钢中含有少量碳，碳在奥氏体中的固溶度是随温度下降而减小的。

如0Cr18Ni9Ti,在1100℃时，碳的固溶度约为0.2%,在500～700℃时，约为0.02%。

所以经固溶处理的钢，碳是过饱和的。

当钢无论是加热或冷却通过450～850℃时，碳便可形成（Fe、Cr）23C6从奥氏体中析出而分布在晶界上。

（Fe、Cr）23C6的含铬量比奥氏体基体的含铬量高很多，它的析出自然消耗了晶界附近大量的铬，而消耗的铬不能从晶粒中通过扩散及时得到补充，因为铬的扩散速度很慢，结果晶界附近的含铬量低于钝化必须的的限量（即12%Cr）,形成贫铬区，因而钝态受到破坏，晶界附近区域电位下降，而晶粒本身仍维持钝态，电位较高，晶粒与晶界构成活态———钝态微电偶电池，电池具有大阴极小阳极的面积比，这样就导致晶界区的腐蚀。

１、引言随着现代工业的快速发展，不锈钢在现代机械生产加工中得到广泛应用。

通常不锈钢指空气中能够抵抗腐蚀的钢。

它有两种分类法：一种是按化学成分，分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种则按正火状态下钢的组织状态，分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体—铁素体不锈钢等。

奥氏体不锈钢是目前应用最广的不锈钢：它以铬、镍为主要合金元素，因具有优良的耐蚀性、力学性能等综合性能，导致它在生产中需求快速地增长，并占据重要的地位。

奥氏体不锈钢化学成分类型有Ｃｒ１８％—Ｎｉ９％（１８—８型不锈钢）、Ｃｒ１８％—Ｎｉ１２％、Ｃｒ２３％—Ｎｉ１３％、Ｃｒ２５％—Ｎｉ２０％等。

常用的有１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ。

奥氏体不锈钢的焊接性从理论上讲，与铁素体、马氏体不锈钢相比，被认为是较好的，它不因温度变化发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下接头也有较好的塑性和韧性。

但这并不意味着在所有的情况下该钢的焊接质量都能达到较高的使用要求。

在役的奥氏体不锈钢焊接结构中，焊后接头出现晶间腐蚀破坏的时有发生，这不仅影响了结构的正常使用和安全性，还给企业造成经奥氏体不锈钢晶间腐蚀机理及预防措施黄一桓 福建省三明市机电技校 ３６５０００济损失。

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题归根结底是与其焊接性相关，然而人们往往对它的认识不足，对它焊接性能不甚了解，选用不当的焊接工艺，而产生晶间腐蚀缺陷，导致具有寿命优势的奥氏体不锈钢早期失效。

为此，本文将对铬镍奥氏体不锈钢晶间腐蚀缺陷的产生机理进行探讨，并据此开展预防不锈钢晶间腐蚀，提高耐蚀性的初步探讨。

２、晶间腐蚀的形成条件、机理典型的１８－８型不锈钢（１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ）一般是在固溶处理状态下使用，于常温下腐蚀介质中工作，它的耐蚀性能是基于钝化作用：奥氏体不锈钢含有较高的铬，铬易氧化形成致密的氧化膜，能提高钢的电极电位，因此具有良好的耐蚀性能。

当含铬量１８％、镍量８％时，能得到均匀的奥氏体组织，且含铬和镍量越高，奥氏体组织越稳定，耐蚀性能就越好，故通常没有晶间腐蚀现象。