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蘋果: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(gu)溶處理(li),將鉻的(de)碳化物全部溶解在(zai)奧氏體中(zhong),然(ran)后水淬,將奧氏體固(gu)定下來。但(dan)這通常只適用于(yu)不(bu)再焊接的(de)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)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)有(you)時(shi)也可產(chan)生(sheng)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),但避免這(zhe)種腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)熱處(chu)理工藝恰(qia)好與奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)相反。研(yan)究指出(chu),鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)自900℃以上急速水(shui)冷后,很容易遭(zao)受(shou)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi);這(zhe)種易受(shou)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)狀態(tai)(敏化態(tai))經過650~850℃加(jia)熱后,便可消(xiao)除(chu)。但奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)和鐵素(su)體(ti)(ti)鋼(gang)發生(sheng)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)以及消(xiao)除(chu)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)處(chu)理如(ru)此不(bu)(bu)(bu)同(tong),是由于(yu)C及N在(zai)α中的(de)固(gu)溶度遠小于(yu)在(zai)γ中的(de)固(gu)溶度,加(jia)上C及N在(zai)α晶(jing)(jing)(jing)界吸(xi)附(fu)趨勢大,易在(zai)α晶(jing)(jing)(jing)界析(xi)出(chu)碳(tan)化鉻(ge)(ge)(ge),因而形成貧鉻(ge)(ge)(ge)區(qu)引起晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。碳(tan)化鉻(ge)(ge)(ge)在(zai)α晶(jing)(jing)(jing)界的(de)析(xi)出(chu),用一般(ban)的(de)水(shui)冷無法抑制,這(zhe)是一方面;另一方面,由于(yu)Cr在(zai)α中的(de)擴散(san)較在(zai)γ中擴散(san)來得快,因而在(zai)650~850℃短時(shi)加(jia)熱即可消(xiao)除(chu)貧鉻(ge)(ge)(ge)區(qu),從而消(xiao)除(chu)了晶(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(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)(zai)熱影響(xiang)區引起碳(tan)(tan)化鉻(ge)(ge)(ge)(ge)在(zai)(zai)結(jie)晶粒(li)界上析出,稱為敏(min)化。碳(tan)(tan)化鉻(ge)(ge)(ge)(ge)析出后,在(zai)(zai)其(qi)近(jin)旁(pang)的(de)結(jie)晶粒(li)界上的(de)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)“被(bei)減少”,在(zai)(zai)碳(tan)(tan)化物近(jin)旁(pang)其(qi)含(han)(han)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)量(liang)(liang)有(you)可能“貧(pin)”到(dao)臨界含(han)(han)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)量(liang)(liang)以下(xia)。由于結(jie)晶粒(li)內部(bu)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)的(de)擴散,使“貧(pin)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)”部(bu)位(wei)得到(dao)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)的(de)補充(chong)。只是在(zai)(zai)碳(tan)(tan)化物近(jin)旁(pang),因鉻(ge)(ge)(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)減少到(dao)不能保(bao)持(chi)耐腐蝕性,就(jiu)會(hui)發生(sheng)晶間腐蝕。
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。

鐵素體型(xing)的(de)不銹(xiu)鋼管和奧氏(shi)(shi)體系列不銹(xiu)鋼管不同的(de)是,從850℃以上(shang)(shang)(shang)開始冷(leng)卻(que)時,容易(yi)造成晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)。這是因為碳化鉻(ge)及氮(dan)化物析出非常(chang)迅速(su)的(de)緣故。鐵素體中(zhong),鉻(ge)的(de)擴散(san)比奧氏(shi)(shi)體中(zhong)鉻(ge)的(de)擴散(san)要(yao)快。所(suo)以如果(guo)在碳化鉻(ge)析出溫度(du)區域上(shang)(shang)(shang)短時間(jian)(jian)加(jia)熱(re),或者是從高溫緩慢地冷(leng)卻(que)下來,在“貧鉻(ge)”部(bu)位上(shang)(shang)(shang),鉻(ge)能很快得到(dao)補充,使用時就不會產(chan)生結(jie)晶(jing)粒(li)界腐(fu)蝕(shi)。為了(le)防止結(jie)晶(jing)粒(li)界腐(fu)蝕(shi),通常(chang)采取(qu)下述三項(xiang)措施。
①. 固(gu)溶化熱處(chu)理時急劇冷(leng)卻(que),以抑制碳(tan)化鉻的析(xi)出。
②. 降低碳含量(選取鋼(gang)種(zhong)的0.030%)。[C]≤0.030%
③. 添加鈦(tai)(Ti)或(huo)鈮(ni)(Nb):鈦(tai)或(huo)鈮(ni)和(he)碳(tan)的結(jie)合(he)力,比(bi)鉻和(he)碳(tan)的結(jie)合(he)力強(qiang),易在顆粒內部均勻析(xi)出碳(tan)化(hua)鈦(tai)或(huo)碳(tan)化(hua)鈮(ni),由此抑制碳(tan)化(hua)鉻在晶界(jie)下的析(xi)出。

