不锈钢晶间腐蚀问题
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不锈钢晶间腐蚀问题
晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀是
在金属(合金)表面无任何变化的情况下,使晶粒间失去结合力,金属强度完全丧失,导致
设备突发性破坏。
许多金属(合金)都具有晶间腐蚀倾向。其中不锈钢、铝合金及含钼的镍基合金晶间腐蚀较
为突出。如有应力存在,由晶间腐蚀转变为沿晶应力腐蚀破坏。贫化理论认为,晶间腐蚀是
由于晶界析出新相,造成晶界附近某一成分的贫乏化。如奥氏体不锈钢回火过程中
(400-800℃)过饱和碳部分或全部以Cr23C6 形式在晶界析出,造成碳化物附近的碳与铬
的浓度急剧下降,在晶界上形成贫铬区,贫铬区作为阳极而遭受腐蚀。对于低碳和超低碳不
锈钢来说,不存在碳化物在晶界析出引起贫铬的条件。但一些实验表明,低碳,甚至超低碳
不锈钢,特别是高铬、钼钢,在650-850℃受热时,在强氧化介质中,或其电位处于过钝化
区时,也发生晶间腐蚀。铁素体不锈钢在900℃以上高温区快冷(淬火或空冷)易产生晶间
腐蚀。即使极低碳、氮含量的超纯铁素体不锈钢也难免产生晶间腐蚀。但在700-800℃重新
加热可消除晶间腐蚀。由此可见,铁素体不锈钢焊后在焊缝金属和熔合线处易产生晶间腐蚀。
18Cr-9Ni 钢在温度高于750℃时,不产生晶间腐蚀,而在600-700℃区间,晶间腐蚀倾向最
严重。当温度低于600℃时,需长时间才能产生晶间腐蚀倾向,温度低于450℃时基本不产
生晶间腐蚀倾向。
检验某种钢材是否有晶间腐蚀倾向,一般采用敏化处理工艺。钢材加热到晶间腐蚀最敏感的,
恒温处理一定时间,这种处理工艺称为敏化处理,产生晶间腐蚀最敏感的温度叫敏化温度。
18-8 不锈钢最敏感温度为650-700℃,产生晶间腐蚀倾向所需要的最短时间为1-2小时。
不锈钢中,除了主要成分Cr、Ni、C 外,还含有Mo、Ti、Nb 等合金元素。它们晶间腐蚀
的作用如下:
1. 碳:奥氏体不锈钢中碳量越高,晶间腐蚀倾向越严重,导致晶间腐蚀碳的临界浓度为
0.02%(质量分数)。
2. 铬:能提高不锈钢耐晶间腐蚀的稳定性。当铬含量较高时,允许增加钢中含碳量。例如,
当不锈钢中铬的质量分数从18%提高到22%时,碳的质量分数允许从0.02%增加到0.06%。
3. 镍:增加不锈钢晶间腐蚀敏感性。可能与镍降低碳在奥氏体钢中的溶解度有关。
4. 钛、铌:都是强碳化物生成元素,高温时能形成稳定的碳化物TiC 及NbC,减少了碳
的回火析出,从而防止了铬的贫化。
防止晶间腐蚀的措施:(1)降低含碳量。当钢中碳的质量分数在0.03%以下时,即使在700℃
较长时间回火也不会产生晶间腐蚀。(2)加入固定碳的合金元素。对含Ti、Nb 元素的18-8
不锈钢,在高温下使用时,要经过稳定化处理。即在常规的固溶处理后,还要在850-900℃
保温1-4 小时,然后空冷至室温,以充分生成TiC 及NbC。(3)固溶处理。固溶处理能使
碳化物不析出或少析出。但对含Ti、Nb 的不锈钢还要进行稳定化处理。(4)采用双相钢。
采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶间腐蚀。由于铁素体在钢中大多沿奥氏体晶界分布,
含铬量又较高,因此,在敏化温度受热时,不产生晶间腐蚀。