研究18-8奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕現(xiàn)象

18 - 8型奧氏體不銹鋼是工業(yè)中應(yīng)用最廣的不銹鋼之一 ,在常溫和低溫下有良好的韌型、塑性、焊接性抗腐蝕性及無磁性,也有抗化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的能力,廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金機(jī)械航空.航海、儀器儀表、家用電器和五金制造等行業(yè).晶間腐蝕(IGC)[141是18-8型奧氏體不銹鋼常發(fā)生的一種局部腐蝕.不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕時(shí),金屬外形幾乎不發(fā)生任何變化,但是晶粒間的結(jié)合力卻有所下降,使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性急劇降低;如果遇有內(nèi)外應(yīng)力的作用,輕者稍經(jīng)彎曲便可產(chǎn)生裂紋,重者敲擊即可碎成粉末.晶間腐蝕不易檢測,常造成設(shè)備的突然破壞,危害性極大.據(jù)統(tǒng)計(jì),這類腐蝕約占總腐蝕類型的10.2%[5.01.另外,晶間腐蝕常常會(huì)加快均勻腐蝕.因此,分析奧氏體不銹鋼晶問腐蝕的原因，采取相應(yīng)措施避免晶間腐蝕的發(fā)生具有重要的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)意義。

1、晶間腐蝕機(jī)理

晶間腐蝕的機(jī)理”-101,主要有“貧Cr理論”和“晶間區(qū)偏析雜質(zhì)或第二相選擇性溶解理論”等.“貧Cr理論"認(rèn)為,奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是由于晶界區(qū)的貧鉻所引起的.C在奧氏體中的飽和溶解度<0.02% ,不銹鋼的C含量一般都高于這一數(shù)值.當(dāng)不銹鋼從固溶溫度開始冷卻時(shí),C處于過飽和狀態(tài)敏化處理時(shí),C和Cr形成碳化物(主要為(Cr,Fe)2C。型)在晶界析出.由于(Cr,Fe)zC。中Cr含量很高,而Cr在奧氏體中擴(kuò)散速率卻很低,導(dǎo)致奧氏體中Cr含量低于12mas%,那么在晶界兩側(cè)便形成了貧Cr區(qū),即晶界區(qū)和晶粒本體有了明顯的差異.晶粒與晶界構(gòu)成活態(tài)-鈍態(tài)的微電偶結(jié)構(gòu),從而形成晶界腐蝕.用透射電鏡薄膜技術(shù)可直接觀察到貧Cr區(qū),并測定貧Cr區(qū)的寬度和貧化程度.另外,支持貧Cr理論的有利證據(jù)，是利用陽極極化曲線間接測出電流密度,不銹鋼隨Gr含量的降低,其臨界電流密度和鈍化電流密度也相應(yīng)增加。

不銹鋼在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中也會(huì)發(fā)生晶間腐蝕,但不發(fā)生在經(jīng)過敏化處理11,12]1的不銹鋼，而是發(fā)生在經(jīng)固溶處理的不銹鋼上.對(duì)于這類晶間腐蝕顯然不能用貧Cr理論來解釋,可用品界區(qū)選擇性溶解理論來解釋.當(dāng)晶界上析出了σ相(FeCr金屬間化合物) ,或是有雜質(zhì)(如P、Si )偏析,在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中便會(huì)發(fā)生選擇性溶解,以致發(fā)生晶間腐蝕.而敏化加熱時(shí)析出的碳化物有可能使雜質(zhì)不富集或者程度減輕,從而消除或減少晶間腐蝕傾向?qū)τ?ldquo;晶界雜質(zhì)選擇性溶解理論”有力的證據(jù)是,用俄歇電子能譜儀( AES)可以檢測到晶界區(qū)存在P .Si,而晶體內(nèi)卻檢測不到P、Si ,表明晶體內(nèi)和晶界存在濃度差異。

另外,晶間腐蝕的機(jī)理還有“晶界吸附理論"、“亞穩(wěn)沉淀相理論”等。這些理論彼此并不矛盾,互為補(bǔ)充晶間腐蝕機(jī)理的研究十分重要,應(yīng)充分應(yīng)用現(xiàn)代檢測技術(shù)13,141，研究晶間原子結(jié)構(gòu)的改變、斷口形貌、化學(xué)成分的變化、腐蝕過程、腐蝕產(chǎn)物的成分以及晶界合金元素的相互影響等,進(jìn)一步解釋晶間腐蝕現(xiàn)象。

2、不銹鋼晶間腐蝕的影響因素

不管是作為雜質(zhì)元素還是作為合金的添加元素,晶間腐蝕主要取決于其在晶界的濃度和分布.--般在晶間腐蝕區(qū)域的Si含量不超過晶粒本身的2 ~ 3倍. Kasparovalxl.認(rèn)為,在沸騰的65% HNO3溶液中,含0.07 mass%C和3.3 mass% Si的X20H20鋼,Si和C相互促進(jìn),形成CrxC。型的含Si碳化鉻,促進(jìn)晶間腐蝕的發(fā)生。

不銹鋼中加入Ti、 Nb23s.0等元素時(shí),它們與C結(jié)合能力比Cr強(qiáng)，能夠與C結(jié)合生成穩(wěn)定的碳化物,可以避免在奧氏體中形成貧Cr區(qū),這些元素稱為穩(wěn)定劑.同時(shí),Ti和Nb還是形成鐵素體的元素,會(huì)促進(jìn)雙相組織的形成.故通過添加這些元素可以減少晶間腐蝕的產(chǎn)生.但需要注意的是,在強(qiáng)氧化性介質(zhì)(如硝酸)條件下,添加Ti元素反而有害,因?yàn)樯傻腡IC易被溶解.另外,不銹鋼在冶煉的過程中應(yīng)減少有害雜質(zhì)S、P等,因?yàn)樗鼈冏鳛殡s質(zhì)元素易形成第二相,發(fā)生選擇性腐蝕。

3、晶間腐蝕評(píng)定

不銹鋼晶間腐蝕敏感性的測試方法136-381有GB4334122- 84“Fez (S04)3 - HS04腐蝕試驗(yàn)”、CB43342-84“65%HNO,腐蝕試驗(yàn)”、CB4334-2003“不銹鋼10%草酸浸蝕實(shí)驗(yàn)方法"以及EPR( electrochemical potentiokinetie reactivation) 法等EPR法是通過測量并分析試樣在特定電解液中的再活化極化曲線來評(píng)定材料的晶間腐蝕敏感性的。用電化學(xué)再活化法研究了不銹鋼晶間腐蝕敏感性,并與傳統(tǒng)方法的測量結(jié)果進(jìn)行比較。用電化學(xué)動(dòng)電位再活化法與草酸浸蝕法研究1Cr18Ni9Ti 不銹鋼的晶間腐蝕敏感性，并對(duì)動(dòng)電位再活化法用于評(píng)價(jià)不銹鋼晶間腐蝕敏感性的各種判據(jù)進(jìn)行了綜合分析.結(jié)果指出,各種判據(jù)與材料的敏化程度有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并且可以靈敏定量地反映低敏化材料的晶間腐蝕敏感性的變化。用光電化學(xué)微區(qū)成像技術(shù)和共振拉曼光譜方法,評(píng)價(jià)敏化不銹鋼的晶間腐敏感性,指出1Cr18Ni9Ti敏化時(shí)間較長時(shí),具有較大的晶間腐敏感性. Fe2(S04); - H2S0,腐蝕試驗(yàn)和HNO,腐蝕試驗(yàn)周期較長,但草酸腐蝕法檢測晶間腐蝕既快速又靈敏,其中電化學(xué)再活化法是目前測量不銹鋼晶間腐蝕敏感性大小的一種準(zhǔn)確迅速的理想檢測手段。

4、結(jié)束語

奧氏體不銹鋼晶問腐蝕的機(jī)理主要有“貧Cr理論”和“晶界雜質(zhì)選擇性溶解理論”.在工程的實(shí)際應(yīng)用過程中,往往同時(shí)存在兩種或兩種以上的腐蝕機(jī)理,其中貧Cr所引起的晶間腐蝕現(xiàn)象最為普遍.鋼的化學(xué)成分以及熱處理工藝可決定是否引起晶間腐蝕和腐蝕的程度,其中C含量是影響奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的最主要因素,其敏感性隨C含量的增加遞增,不銹鋼中的C含量<0.03%,其晶間腐蝕敏感性大大降低.改變鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝是控制:奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的主要的、最有效的措施。實(shí)踐表明，合適的固溶處理穩(wěn)定化處理、降低C及雜質(zhì)元素(如Si、P和N)在奧氏體不銹鋼晶界的含量、加入穩(wěn)定劑(如Ti和Nb)消除或防止熱加工或冷加工過程中對(duì)材料的影響等,都是降低晶間腐蝕敏感性和防止晶間腐蝕的有效措施。