晶間腐蝕及選材

1、晶間腐蝕及選材晶間腐蝕及選材不銹鋼的晶間腐蝕是沿不銹鋼晶粒間界產(chǎn)生的一種優(yōu)先破壞.它曾經(jīng)是人們20世紀(jì)30~50年代最為關(guān)注，最為常見的腐蝕破壞形式。雖然不銹鋼敏化態(tài)晶間腐蝕的事故已大大減少，但非敏化態(tài)晶間腐蝕的研究和解決尚需人們繼續(xù)努力。（一）鉻鎳奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)晶間腐蝕（1）現(xiàn)象和識(shí)別敏化態(tài)晶間腐蝕出現(xiàn)在焊接構(gòu)件的焊縫熱影響區(qū)或構(gòu)件經(jīng)過450~850C加熱的部件，在介質(zhì)作用下導(dǎo)致這些部位的泄漏或破損；產(chǎn)生敏化態(tài)晶間腐蝕的設(shè)備，部

2、件等，其尺寸，外形幾乎沒有變化且無任何塑性變形；除受腐蝕的區(qū)域外，其它部位沒有任何腐蝕的跡象，仍具有明顯的金屬光澤；局部取樣檢查，受腐蝕部位的強(qiáng)度，塑性已嚴(yán)重喪失，冷彎時(shí)不僅出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)常常出現(xiàn)脆斷和晶粒脫落且落地?zé)o金屬聲。在金相顯微鏡和掃描電鏡下可以明顯看到鋼的晶界由于受腐蝕而變寬，多呈網(wǎng)狀，嚴(yán)重時(shí)還有晶粒脫落現(xiàn)象。（2）機(jī)理常見的敏化態(tài)晶間腐蝕應(yīng)用貧鉻理論可得到圓滿的解釋。CrNi奧氏體不銹鋼在使用前或冶煉廠出廠交貨狀態(tài)多為固溶

3、處理狀態(tài)。即將不銹鋼加熱到高溫（1000~1150C左右，隨鋼種而異），保溫后快冷（一般為水冷）。此時(shí)，當(dāng)CrNi奧氏體不銹鋼中含碳量在0.02~0.03%以上時(shí)（隨鋼中的含Ni量而異），碳在鋼中便處于過飽和狀態(tài)。隨后，在不銹鋼的加工及設(shè)備，構(gòu)件的制造和使用過程中，若要經(jīng)過450~850C的敏化溫度加熱（例如焊接或在此溫度范圍內(nèi)使用），則鋼中過飽和的碳就會(huì)向晶界擴(kuò)散，析出并與其附近的鉻形成鉻的碳合物。在常用的CrNi奧氏體不銹鋼中，這種

4、碳化物一般為Cr23C6[M23C6]。由于這種碳化物含有較高的Cr，所以鉻碳化物沿晶界沉淀就導(dǎo)致了碳化物周圍鋼的基體中Cr濃度的降低，形成所謂“貧鉻區(qū)”。當(dāng)鉻碳化物沿晶界沉淀呈網(wǎng)狀時(shí)，貧鉻區(qū)亦呈網(wǎng)狀，不銹鋼耐腐蝕是因?yàn)樵诮橘|(zhì)作用下，鋼中含有足以使鋼在此介質(zhì)中鈍化的鉻量。而貧鉻區(qū)鉻量不足，使鈍化能力降低，甚至消失，而奧氏體晶粒本身仍具有足夠鈍化（耐蝕）能力，因此，在腐蝕介質(zhì)作用下晶界附近連成網(wǎng)狀的貧鉻區(qū)便優(yōu)先溶解而產(chǎn)生晶間腐蝕。（3）常

5、見介質(zhì)易使CrNi奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的常見介質(zhì)很多，下表僅列出部分供參考表1使CrNi奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的常見介質(zhì)硝酸硫酸硝酸鹽酸硫酸硝酸硝酸氫氟酸硫酸甲醇硝酸醋酸硫酸硫酸亞鐵硝酸氯化物，氟化物硫酸硫酸銨硝酸硝酸鹽硫酸硫酸銅磷酸硫酸銅磷酸硝酸硫酸鐵氫氟酸磷酸硫酸氫氟酸甲酸氯化鐵乳酸人體液尿素甲銨液的原因。在含Cr6的硝酸介質(zhì)中，選擇高純的CrNi不銹鋼Cr14Ni14和1Cr18Ni11Ti，研究了CPSiB等對(duì)非敏化態(tài)晶間

6、腐蝕的影響，當(dāng)C=0.01%，顯著有害；Si量在CrNi不銹鋼正常含量（~0.8%）范圍附近時(shí)，其非敏化態(tài)晶間腐蝕敏感性最大，高于或低于此含量，晶間腐蝕敏感性下降；B量=0.0008%，對(duì)非敏化態(tài)晶間腐蝕便有害。對(duì)含SiP極低的高純CrNi奧氏體鋼的進(jìn)一步研究表明，這些不銹鋼在非敏化態(tài)均無晶間腐蝕傾向。采用透射電鏡和俄歇譜儀進(jìn)行晶界分析結(jié)果已證實(shí)晶界PSiB等元素的偏聚并優(yōu)先溶解是導(dǎo)致非敏化態(tài)晶界腐蝕的主要原因。但是，PSiB等雜質(zhì)元素

7、沿晶界偏聚導(dǎo)致非敏化態(tài)晶間腐蝕僅僅是由于晶界和晶內(nèi)形成化學(xué)濃差而引起的單純電化學(xué)腐蝕過程，或者是由于偏聚引起晶界耐蝕性下降，還是有其它因素的影響，尚有待于進(jìn)一步探討。（3）材料選擇從理論上講，發(fā)展P=0.01%Si=0.10%B=0.008%的高純CrNi奧氏體不銹鋼是解決非敏化態(tài)晶間腐蝕最根本的措施。目前，為解決硝酸用途中的非敏化態(tài)晶間腐蝕，主要是選用高硅(Si~4%)不銹鋼0Cr18Ni11Si4AlTi，00Cr20Ni24Si4

8、Ti，00Cr14Ni14Si4，00Cr17Ni15Si4Nb等。為解決二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)中四大高壓設(shè)備，即尿素合成塔，高壓冷凝器，高壓洗滌器，二氧化碳汽提塔用CrNi奧氏體不銹鋼的非敏化態(tài)晶間腐蝕，目前仍需選用已有大量成熟使用經(jīng)驗(yàn)的尿素級(jí)00Cr17Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N。但需盡量控制鋼中CPSi量，特別是P量應(yīng)盡量低。（三）鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕（1）現(xiàn)象和識(shí)別鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕與前述CrNi奧氏體不

9、同：它一般出現(xiàn)在高于900~950C加熱后（或焊后），甚至在水等急冷條件下也無法避免；而經(jīng)過750~850C短時(shí)間加熱處理，鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕敏感性可減輕，甚至消除；鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕系產(chǎn)生在緊靠焊縫熔合線附近區(qū)域，而不是在CrNi奧氏體不銹鋼的熱影響區(qū)內(nèi)。除出現(xiàn)部位上的差異外，對(duì)鐵素體不銹鋼晶間腐蝕的識(shí)別基本上與CrNi奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)晶間腐蝕相同。鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕不僅在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中產(chǎn)生而且在弱介質(zhì)中例如在自來水中

10、亦可出現(xiàn)。（2）機(jī)理大量研究表明，應(yīng)用貧鉻理論同樣可滿意地解釋鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕現(xiàn)象。高鉻鐵素體不銹鋼在900~950C以上加熱時(shí)，鋼中CN固溶于鋼的基體中。由于鋼中Cr在鐵素體內(nèi)的擴(kuò)散速度約為奧氏體中的100倍，而CN在鐵素體內(nèi)不僅擴(kuò)散速度快(在600CC在鐵素體中的擴(kuò)散速度約為奧氏體中的600倍)，而且溶解度也低（在含Cr26%的鐵素體鋼中，1093C時(shí)，C的溶解度為0.04%，而在927C僅為0.004%，溫度再低，還要降至0

11、.004%以下；N的溶解度在927C以上為0.023%，而在593C僅為0.006%）。因而高溫加熱后，在隨后的冷卻過程中，即使快冷也常常難以防止高鉻的碳，氮化物沿晶界析出和貧鉻區(qū)的形成。而在750~870C處理，可降低，消除鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。但是，在500~700C范圍內(nèi)，鋼中鉻的擴(kuò)散速度減小，短期內(nèi)無法使貧鉻區(qū)消失，故先經(jīng)高溫加熱，而在冷卻過程中又通過500~700C溫度區(qū)的鐵素體不銹鋼，由于晶界有貧鉻區(qū)的存在，在腐蝕介質(zhì)