奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

自上世紀(jì)二十年代工業(yè)界采用奧氏體不銹鋼以來(lái)，發(fā)現(xiàn)這類鋼焊接后，溫度為450℃～800℃的熱影響區(qū)在許多介質(zhì)中產(chǎn)生晶間腐蝕。這些介質(zhì)主要是熱的濃度為50%～65%的硝酸，含銅鹽和氧化鐵的硫酸溶液、熱有機(jī)酸等。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這類鋼在450℃～800℃工作，或在該溫度下進(jìn)行時(shí)效處理（或保溫或緩慢冷卻）時(shí)，也會(huì)得到由于焊接加熱的同樣效果。這種時(shí)效處理會(huì)導(dǎo)致不銹鋼晶間腐蝕的敏感性，所以又稱敏化處理。而把容易引起晶間腐蝕的溫度區(qū)間450℃～800℃稱為敏化溫度。

近年來(lái)的研究證明，這種腐蝕形式不僅在鉻鋼、鉻鎳鋼中存在，而且在鎳、銅、鋁基合金中也存在。晶間腐蝕產(chǎn)生的原因是晶界和晶內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性。

在不銹鋼和鎳基合金中，晶間腐蝕的機(jī)制可以分為三種基本類型：一是腐蝕與保證材料在該介質(zhì)中耐蝕的元素沿晶界區(qū)貧化有關(guān)；二是腐蝕與沿晶界析出物的化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)；三是腐蝕由降低基體耐蝕性的表面活性元素沿晶界偏析所引起。

奧氏體不銹鋼晶間腐蝕主要是在敏化溫度區(qū)間內(nèi)容易導(dǎo)致沿晶界析出連續(xù)網(wǎng)狀富鉻的（Cr,Fe）23C6。從而使晶界周圍基體產(chǎn)生貧鉻區(qū)，貧鉻區(qū)的寬度約為10-5cm。在析出（Cr,Fe）23C6時(shí)間不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，由于鉻的擴(kuò)散速度較慢，貧鉻區(qū)得不到恢復(fù)。貧鉻區(qū)的產(chǎn)生使得晶界附近的鉻含量被降低到n/8量限度以下，因而貧鉻區(qū)成為微陽(yáng)極而發(fā)生腐蝕。若在敏化溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期加熱，則可通過(guò)鉻的擴(kuò)散消除貧鉻區(qū)，晶間腐蝕傾向可以被消除。

由于鋼的耐蝕性和碳化物反應(yīng)有關(guān)，顯然，在奧氏體鋼中碳的含量和它的熱力學(xué)活性，決定著鋼的晶間腐蝕傾向。對(duì)于碳含量，由于Cr18Ni9鋼中的奧氏體在600℃以下C的溶解度為0.02%，此時(shí)幾乎沒有（Cr,Fe）23C6析出。實(shí)際上當(dāng)C≤0.03%時(shí)即不發(fā)生晶間腐蝕。所以解決不銹鋼晶間腐蝕傾向的最有效辦法是生產(chǎn)超低碳不銹鋼，使鋼中C≤0.03%，如00Cr18Ni10鋼。對(duì)于影響C的熱力學(xué)活性的元素，凡是提高C的活性的元素（如鎳、鈷、硅）都促進(jìn)形成晶間腐蝕；凡是降低C的活性的元素（錳、鉬、鎢、釩、鈮、鈦）都阻礙形成晶間腐蝕。為此常在奧氏體不銹鋼中加入強(qiáng)碳化物形成元素鈦或鈮，形成穩(wěn)定的TiC或NbC，固定鋼中的C。如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb等。

鋼中有10%～50%體積的δ鐵素體，可以改善奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。由于δ鐵素體在500℃～800℃間發(fā)生相間沉淀，（Cr,Fe）23C6在δ/γ相界δ相一側(cè)析出呈點(diǎn)狀，排除了在奧氏體晶界析出（Cr,Fe）23C6，且δ相內(nèi)鉻的擴(kuò)散系數(shù)比γ相內(nèi)高103倍，不致產(chǎn)生貧鉻區(qū)。必須指出的是，不僅析出碳化鉻會(huì)引起晶界的貧鉻，析出氮化鉻、σ相也會(huì)引起晶界的貧鉻。

總之，為了防止奧氏體鋼的晶間腐蝕傾向，通?？梢栽阡摰某煞衷O(shè)計(jì)和熱處理工藝上采取以下措施：

在鋼的成分設(shè)計(jì)上，一方面降低鋼中的碳含量；另一方面在鋼中加入穩(wěn)定的碳化物形成元素（Ti、Nb），析出特殊碳化物，消除晶間貧鉻區(qū)。為此，鈦或鈮在鋼中的含量分別為：0.8%≥Ti≥5（C%-0.02%），1.0%≥Nb≥10（C%-0.02%）。此外，鋼中還需嚴(yán)格限制氮、磷、硅、硼等雜質(zhì)元素含量。

在熱處理工藝上，奧氏體不銹鋼通常采用1050℃～1100℃的淬火（固溶處理），以保證固溶體中碳和鉻的含量。對(duì)于非穩(wěn)定性鋼進(jìn)行退火，使奧氏體成分均勻化，消除貧鉻區(qū)；對(duì)于穩(wěn)定性鋼，將鉻的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)殁?、鈮的特殊碳化物，保證耐蝕所需要的固溶體含鉻水平。