奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

[摘 要] 奥氏体不锈钢焊缝由于晶间腐蚀的发生，导致结构发生早期失效，结果既影响了正常使用和安全性，又给企业造成经济损失。因此探究奥氏体不锈钢晶间腐蚀地产生机理，提出预防晶间腐蚀和进一步提高耐蚀性的工艺措施，以期延长材料的使用寿命，扩大材料的应用范围。

[关键词] 奥氏体不锈钢、晶间腐蚀、产生机理、预防措施、应用

1 、引言

晶间腐蚀(IGC)是一种常见的局部腐蚀，遭受这种腐蚀的不锈钢，表面看来还很光亮，但经不起轻轻敲击便会破碎成细粒。由于晶间腐蚀不易检查，造成设备的突然破坏，所以危害性极大[1] ，统计资料认为这类腐蚀约占总腐蚀类型的10．2%[2]。奥氏体不锈钢是工业中应用最广的不锈钢之一，多半在约427℃ ~ 816℃ 的敏化温度范围内，在特定的腐蚀环境中易发生晶间腐蚀，晶间腐蚀还会加快整体腐蚀, 因此,奥氏体不锈钢晶间腐蚀的研究是多年来研究重点。实践表明，合适的固溶处理、稳定化处理、降低碳及杂质元素(例如，硅、磷和氮等)在奥氏体不锈钢晶界的含量、消除或防止热加工或冷加工过程中对材料的影响等，都是降低晶间腐蚀敏感性和防止晶间腐蚀的有效措施[3]。

2 、晶间腐蚀的机理

2.1、 碳化铬沉淀引起的晶间腐蚀

晶间腐蚀的机理[4]，主要有“贫Cr理论”和“晶界杂质选择性溶解理论”等。

C在奥氏体中的饱和溶解度小于0.02%, 一般不锈钢的含C量都高于这个数值。 当不锈钢从固溶温度冷却下来时, C 处于过饱和, 受到敏化处理时, C 和Cr 形成碳化物( 主要为( Cr, Fe)23C6 型) 在晶界析出. 由于( Cr, Fe)23C6 含Cr量很高, 而Cr在奥氏体中扩散速率很低, 这样就在晶界两侧形成了贫Cr区, 其含Cr 量低于12mass%, 因而钝化性能与晶粒不同, 即晶界区和晶粒本体有了明显的差异, 晶粒与晶界构成活态- 钝态的微电偶结构, 造成晶界腐蚀。

C在奥氏体中的饱和溶解度小于0.02%, 一般不锈钢的含C量都高于这个数值。 当不锈钢从固溶温度冷却下来时, C 处于过饱和, 受到敏化处理时, C 和Cr 形成碳化物( 主要为( Cr, Fe)23C6 型) 在晶界析出. 由于( Cr, Fe)23C6 含Cr量很高, 而Cr在奥氏体中扩散速率很低, 这样就在晶界两侧形成了贫Cr区, 其含Cr 量低于12mass%, 因而钝化性能与晶粒不同, 即晶界区和晶粒本体有了明显的差异, 晶粒与晶界构成活态- 钝态的微电偶结构, 造成晶界腐蚀。

C在奥氏体中的饱和溶解度小于0.02%, 一般不锈钢的含C量都高于这个数值。 当不锈钢从固溶温度冷却下来时, C 处于过饱和, 受到敏化处理时, C 和Cr 形成碳化物( 主要为( Cr, Fe)23C6 型) 在晶界析出. 由于( Cr, Fe)23C6 含Cr量很高, 而Cr在奥氏体中扩散速率很低, 这样就在晶界两侧形成了贫Cr区, 其含Cr 量低于12mass%, 因而钝化性能与晶粒不同, 即晶界区和晶粒本体有了明显的差异, 晶粒与晶界构成活态- 钝态的微电偶结构, 造成晶界腐蚀。

不锈钢中碳与铬形成复杂的不稳定的间隙碳化物Cr23C6, 分子呈正交晶格结构, 此种碳化物与铁的亲和力较强, 在高温时, 形成的( Cr, Fe)23C6溶于具有体心立方晶格的相中, 温度愈高, 则碳化物溶解的愈多。这种状态以急速冷却方法保存在室温时, 形成过饱和固溶体, 但在缓慢冷却过程中, 碳化物为了保

持平衡, 会从固溶体中析出。过饱和固溶体不是稳定的, 在敏化处理温度[5] ( 450~850℃ )再加热时, 碳化物沿晶粒间界优先析出, 奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀趋势。当温度高于730℃ 时, 晶间的碳化铬是孤立的颗粒, 晶间腐蚀趋势小；低于650℃时, 晶间的碳化铬在晶界面上形成连续的片状, 晶间腐蚀趋势增大。

2.2、相沉淀引起的晶间腐蚀

超低碳不锈钢晶间腐蚀, 是由于α相( FeCr的金属间化合物)在晶界的析出, 引起晶界区域贫铬, 导致产生晶间腐蚀。由于α相比γ相耐腐蚀, 在强氧化-还原电位下, α相产生选择性的晶间腐蚀。

2.3、 MC沉淀引起的晶间腐蚀

不锈钢中含有一定量的M 元素, 在500 ~ 900 ℃ 范围内加热, 同时在氧化介质中工作, 融合线区会出现沿晶界的腐蚀。在熔化焊接时, 这个部位要加热到固相线附近的高温, 不仅M23C6 完全溶解, 第2次加热时,TiC、NbC 也全部溶解

[6] , 这些碳化物都会沉淀, 并且都沿晶界进行。在缓慢冷却过程中, 溶解后的M23C6以树枝状形态的MC沉淀, 在氧化介质中, MC可以被溶解而导致刀线腐蚀。

2.4、 吸附沉淀引起的晶间腐蚀

不锈钢中含有少量的杂质磷[3] , 磷在晶界面产生吸附, 与晶界交互作用, 晶界处部分球状碳化物受侵蚀。在900 ~ 1000℃, 晶界有少量的球状碳化物受侵 蚀, 温度越高, 吸附越小, 在钢的熔点( 1458 ~ 1470℃)吸附消失。因此在亚温相P 到熔点才完全溶解。

3、影响晶间腐蚀的因素

3.1、成分的影响

3.1.1 碳含量 从计算公式[7]Creff= Cr% - 0.18×Ni%-100×C%和大量实验可以看出碳含量是影响奥氏体不锈钢晶间腐蚀最主要的因素。 18- 8 型试验钢的抗晶间腐蚀的能力随着碳含量的降低而提高, 防止18- 8 钢焊接接头在稀盐酸中的晶间腐蚀的最好方法是控制焊缝的碳含量, 使C%低0.08%, 最好采用

C%低于0.03%的奥氏体不锈钢[4]。

3.1.2 Cr 含量 在奥氏体不锈钢中, Cr 的含量的增加在低的敏化温度区会加速晶间腐蚀, 在高的敏化温度区则会延长产生晶间腐蚀 …… 此处隐藏：3611字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……