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破解碼: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(cai)用高溫1050~1100℃固溶(rong)(rong)處理,將鉻(ge)的碳化物全部溶(rong)(rong)解在奧氏體中,然后水淬,將奧氏體固定下來。但這通常(chang)只(zhi)適(shi)用于不(bu)再焊接的鋼。


   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(tie)素(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)有時也(ye)可產(chan)生(sheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),但避(bi)免(mian)這(zhe)種腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的熱(re)(re)處理(li)工(gong)藝(yi)恰好與(yu)奧氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)相反。研究指出,鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)自900℃以上急速水冷(leng)后,很容易遭受晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi);這(zhe)種易受晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的狀態(敏化(hua)態)經過650~850℃加熱(re)(re)后,便可消(xiao)除。但奧氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)和鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)發生(sheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)以及消(xiao)除晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的處理(li)如(ru)此(ci)不同,是由于(yu)C及N在(zai)(zai)α中的固溶度遠小于(yu)在(zai)(zai)γ中的固溶度,加上C及N在(zai)(zai)α晶(jing)界(jie)吸附(fu)趨勢(shi)大,易在(zai)(zai)α晶(jing)界(jie)析出碳化(hua)鉻,因(yin)(yin)而(er)形成(cheng)貧(pin)鉻區(qu)引起晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。碳化(hua)鉻在(zai)(zai)α晶(jing)界(jie)的析出,用一般的水冷(leng)無法抑(yi)制,這(zhe)是一方面;另一方面,由于(yu)Cr在(zai)(zai)α中的擴散較在(zai)(zai)γ中擴散來得快,因(yin)(yin)而(er)在(zai)(zai)650~850℃短時加熱(re)(re)即(ji)可消(xiao)除貧(pin)鉻區(qu),從而(er)消(xiao)除了晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(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。


圖 5.jpg


  焊接時,在熱影響區引起碳(tan)化(hua)(hua)(hua)鉻(ge)(ge)在結晶粒界(jie)上析出,稱(cheng)為(wei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)。碳(tan)化(hua)(hua)(hua)鉻(ge)(ge)析出后,在其(qi)近(jin)(jin)旁(pang)的(de)結晶粒界(jie)上的(de)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)“被減少(shao)”,在碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)近(jin)(jin)旁(pang)其(qi)含(han)鉻(ge)(ge)量(liang)有可能(neng)“貧(pin)”到(dao)臨界(jie)含(han)鉻(ge)(ge)量(liang)以下。由于結晶粒內部(bu)鉻(ge)(ge)的(de)擴散,使(shi)“貧(pin)鉻(ge)(ge)”部(bu)位得到(dao)鉻(ge)(ge)的(de)補充。只是在碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)近(jin)(jin)旁(pang),因鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)減少(shao)到(dao)不能(neng)保(bao)持(chi)耐(nai)腐蝕性,就會發生晶間腐蝕。


  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(tie)素(su)體(ti)型的(de)(de)不(bu)銹鋼管(guan)和奧氏(shi)體(ti)系列不(bu)銹鋼管(guan)不(bu)同的(de)(de)是(shi),從850℃以上(shang)開始冷卻時,容易造成晶間(jian)(jian)腐蝕。這是(shi)因為(wei)碳化(hua)鉻(ge)及氮化(hua)物析出非常(chang)迅速的(de)(de)緣故。鐵(tie)素(su)體(ti)中,鉻(ge)的(de)(de)擴(kuo)散(san)比(bi)奧氏(shi)體(ti)中鉻(ge)的(de)(de)擴(kuo)散(san)要快。所以如果在(zai)碳化(hua)鉻(ge)析出溫度區域上(shang)短時間(jian)(jian)加(jia)熱,或者是(shi)從高溫緩慢地冷卻下(xia)來,在(zai)“貧鉻(ge)”部位上(shang),鉻(ge)能很快得到補充,使(shi)用時就不(bu)會產生結晶粒(li)界腐蝕。為(wei)了(le)防止結晶粒(li)界腐蝕,通常(chang)采(cai)取(qu)下(xia)述三項(xiang)措施(shi)。


  ①. 固溶化熱(re)處理時急(ji)劇冷卻,以抑制碳化鉻的析(xi)出。


   ②. 降低碳含量(選取鋼種的(de)0.030%)。[C]≤0.030%


   ③. 添(tian)加鈦(Ti)或鈮(ni)(Nb):鈦或鈮(ni)和碳(tan)的(de)(de)結合(he)(he)力,比鉻和碳(tan)的(de)(de)結合(he)(he)力強,易在顆粒內(nei)部(bu)均勻析出碳(tan)化鈦或碳(tan)化鈮(ni),由此抑制碳(tan)化鉻在晶界下的(de)(de)析出。