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app免費視頻在線觀看: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(chu)理,將(jiang)鉻的(de)碳化物(wu)全部(bu)溶(rong)解在奧氏(shi)(shi)體中,然后水淬,將(jiang)奧氏(shi)(shi)體固定下(xia)來。但這通常只適用于(yu)不再焊接的(de)鋼。


   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。


  鐵素體不銹鋼有(you)時(shi)也可(ke)產生晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕,但避免這種腐(fu)蝕的熱(re)處(chu)理工藝(yi)恰好與奧氏體鋼相(xiang)反。研究指出,鐵素體不銹鋼自900℃以(yi)上(shang)(shang)急速(su)水冷后,很(hen)容易遭受(shou)(shou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕;這種易受(shou)(shou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕的狀態(敏(min)化(hua)態)經(jing)過650~850℃加(jia)熱(re)后,便可(ke)消(xiao)(xiao)除(chu)。但奧氏體鋼和鐵素體鋼發(fa)生晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕以(yi)及(ji)消(xiao)(xiao)除(chu)晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕的處(chu)理如此不同(tong),是由于C及(ji)N在α中(zhong)(zhong)(zhong)的固(gu)溶度(du)遠小于在γ中(zhong)(zhong)(zhong)的固(gu)溶度(du),加(jia)上(shang)(shang)C及(ji)N在α晶(jing)(jing)(jing)(jing)界吸附(fu)趨(qu)勢大,易在α晶(jing)(jing)(jing)(jing)界析出碳化(hua)鉻,因而(er)形成貧鉻區引起晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕。碳化(hua)鉻在α晶(jing)(jing)(jing)(jing)界的析出,用一(yi)般的水冷無法(fa)抑制,這是一(yi)方面(mian);另一(yi)方面(mian),由于Cr在α中(zhong)(zhong)(zhong)的擴散(san)較(jiao)在γ中(zhong)(zhong)(zhong)擴散(san)來得快,因而(er)在650~850℃短時(shi)加(jia)熱(re)即(ji)可(ke)消(xiao)(xiao)除(chu)貧鉻區,從而(er)消(xiao)(xiao)除(chu)了晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕。


  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。


圖 5.jpg


  焊接時,在(zai)熱影響區(qu)引(yin)起碳(tan)化鉻(ge)(ge)在(zai)結晶粒(li)界上析(xi)(xi)出,稱為敏化。碳(tan)化鉻(ge)(ge)析(xi)(xi)出后,在(zai)其近旁的結晶粒(li)界上的鉻(ge)(ge)含(han)(han)量“被減少”,在(zai)碳(tan)化物近旁其含(han)(han)鉻(ge)(ge)量有可能(neng)“貧(pin)”到(dao)(dao)臨界含(han)(han)鉻(ge)(ge)量以下。由于結晶粒(li)內部(bu)鉻(ge)(ge)的擴散,使“貧(pin)鉻(ge)(ge)”部(bu)位得到(dao)(dao)鉻(ge)(ge)的補充。只是在(zai)碳(tan)化物近旁,因鉻(ge)(ge)含(han)(han)量減少到(dao)(dao)不(bu)能(neng)保持耐腐蝕性,就(jiu)會發生晶間腐蝕。


  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。


圖 6.jpg


  鐵素體(ti)型的(de)不銹鋼(gang)管和奧氏體(ti)系列不銹鋼(gang)管不同的(de)是(shi)(shi)(shi),從(cong)850℃以(yi)上(shang)開始冷卻時,容易造(zao)成晶(jing)間腐(fu)蝕。這是(shi)(shi)(shi)因為(wei)碳(tan)(tan)化鉻(ge)及氮(dan)化物(wu)析(xi)出(chu)非(fei)常迅速的(de)緣(yuan)故。鐵素體(ti)中,鉻(ge)的(de)擴散比奧氏體(ti)中鉻(ge)的(de)擴散要快(kuai)。所(suo)以(yi)如果在碳(tan)(tan)化鉻(ge)析(xi)出(chu)溫度區域上(shang)短時間加熱,或者(zhe)是(shi)(shi)(shi)從(cong)高溫緩慢地(di)冷卻下來,在“貧(pin)鉻(ge)”部位上(shang),鉻(ge)能很快(kuai)得到補充,使(shi)用(yong)時就不會(hui)產生結晶(jing)粒界(jie)腐(fu)蝕。為(wei)了防止(zhi)結晶(jing)粒界(jie)腐(fu)蝕,通常采取下述三項(xiang)措施。


  ①. 固溶化熱處理時急劇(ju)冷卻,以抑制碳化鉻的(de)析出。


   ②. 降低碳含(han)量(選取(qu)鋼(gang)種的0.030%)。[C]≤0.030%


   ③. 添加鈦(tai)(Ti)或鈮(ni)(Nb):鈦(tai)或鈮(ni)和碳的結合(he)力,比(bi)鉻和碳的結合(he)力強,易(yi)在(zai)顆粒內部均勻析出碳化(hua)鈦(tai)或碳化(hua)鈮(ni),由此抑制(zhi)碳化(hua)鉻在(zai)晶界下的析出。