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(jing)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、鉻錳氮等奧氏體香蕉視頻app連接: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1050~1100℃固溶(rong)處理,將鉻(ge)的碳(tan)化物全(quan)部溶(rong)解在奧(ao)氏體中,然(ran)后水(shui)淬,將奧(ao)氏體固定下來。但(dan)這通常只(zhi)適(shi)用于不再焊接的鋼(gang)。
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(su)體(ti)不銹鋼有時也可(ke)產生晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi),但(dan)避免(mian)這(zhe)種(zhong)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)熱(re)處理(li)工(gong)藝恰好與奧(ao)氏體(ti)鋼相(xiang)反。研究(jiu)指(zhi)出,鐵素(su)體(ti)不銹鋼自900℃以(yi)上急速水冷(leng)后,很容(rong)易遭受(shou)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi);這(zhe)種(zhong)易受(shou)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)狀態(敏化(hua)態)經過650~850℃加(jia)(jia)熱(re)后,便可(ke)消除(chu)。但(dan)奧(ao)氏體(ti)鋼和鐵素(su)體(ti)鋼發生晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)以(yi)及消除(chu)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)處理(li)如此(ci)不同,是(shi)由于C及N在(zai)α中的(de)固溶度遠(yuan)小(xiao)于在(zai)γ中的(de)固溶度,加(jia)(jia)上C及N在(zai)α晶(jing)界(jie)吸附趨勢大(da),易在(zai)α晶(jing)界(jie)析出碳化(hua)鉻(ge),因(yin)(yin)而(er)形成貧(pin)鉻(ge)區引起晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。碳化(hua)鉻(ge)在(zai)α晶(jing)界(jie)的(de)析出,用一般的(de)水冷(leng)無法抑(yi)制,這(zhe)是(shi)一方面;另一方面,由于Cr在(zai)α中的(de)擴(kuo)散(san)(san)較在(zai)γ中擴(kuo)散(san)(san)來(lai)得(de)快,因(yin)(yin)而(er)在(zai)650~850℃短時加(jia)(jia)熱(re)即(ji)可(ke)消除(chu)貧(pin)鉻(ge)區,從而(er)消除(chu)了晶(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(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。

焊接時,在(zai)熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)引(yin)起碳化(hua)(hua)鉻(ge)在(zai)結晶粒界(jie)上(shang)析出,稱為(wei)敏化(hua)(hua)。碳化(hua)(hua)鉻(ge)析出后,在(zai)其近(jin)(jin)旁(pang)的(de)(de)結晶粒界(jie)上(shang)的(de)(de)鉻(ge)含量(liang)“被減少”,在(zai)碳化(hua)(hua)物(wu)近(jin)(jin)旁(pang)其含鉻(ge)量(liang)有可能“貧”到臨界(jie)含鉻(ge)量(liang)以(yi)下。由于(yu)結晶粒內部鉻(ge)的(de)(de)擴散,使“貧鉻(ge)”部位(wei)得到鉻(ge)的(de)(de)補(bu)充。只是(shi)在(zai)碳化(hua)(hua)物(wu)近(jin)(jin)旁(pang),因鉻(ge)含量(liang)減少到不能保持耐腐(fu)蝕性(xing),就(jiu)會(hui)發生晶間腐(fu)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。

鐵(tie)素體型的(de)不(bu)銹鋼管(guan)(guan)和奧氏體系列不(bu)銹鋼管(guan)(guan)不(bu)同的(de)是,從850℃以(yi)上開始(shi)冷卻時(shi),容易造成(cheng)晶間腐蝕。這是因為(wei)碳化鉻(ge)及氮化物析出非常迅速的(de)緣故。鐵(tie)素體中(zhong),鉻(ge)的(de)擴(kuo)(kuo)散比奧氏體中(zhong)鉻(ge)的(de)擴(kuo)(kuo)散要快。所以(yi)如果在碳化鉻(ge)析出溫(wen)度區(qu)域上短時(shi)間加熱,或者(zhe)是從高(gao)溫(wen)緩慢地冷卻下來,在“貧鉻(ge)”部位上,鉻(ge)能很快得到補充,使用時(shi)就不(bu)會產生(sheng)結(jie)晶粒界腐蝕。為(wei)了(le)防(fang)止結(jie)晶粒界腐蝕,通常采(cai)取(qu)下述三(san)項措施。
①. 固溶化(hua)熱(re)處理(li)時(shi)急劇(ju)冷(leng)卻(que),以抑制碳化(hua)鉻的析(xi)出(chu)。
②. 降低碳含量(選取(qu)鋼(gang)種(zhong)的0.030%)。[C]≤0.030%
③. 添加鈦(tai)(Ti)或(huo)(huo)鈮(Nb):鈦(tai)或(huo)(huo)鈮和(he)(he)碳(tan)的(de)結合(he)(he)力,比鉻和(he)(he)碳(tan)的(de)結合(he)(he)力強,易在顆粒(li)內部均勻(yun)析(xi)出(chu)碳(tan)化(hua)鈦(tai)或(huo)(huo)碳(tan)化(hua)鈮,由此抑制碳(tan)化(hua)鉻在晶(jing)界(jie)下(xia)的(de)析(xi)出(chu)。

