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(fu)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、鉻錳氮等奧氏體高清下載香蕉視頻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(chu)理,將鉻的碳化物全(quan)部溶解在奧(ao)氏(shi)體中,然后水淬(cui),將奧(ao)氏(shi)體固(gu)定下來。但這(zhe)通常只適(shi)用于不再焊接(jie)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。
鐵素體(ti)不銹鋼有時也可產(chan)生晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),但避免這種腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)熱(re)(re)處理(li)工藝(yi)恰好與(yu)奧氏(shi)體(ti)鋼相反。研究指出,鐵素體(ti)不銹鋼自(zi)900℃以上急速(su)水冷后(hou),很(hen)容易遭受(shou)晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi);這種易受(shou)晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)狀(zhuang)態(敏化(hua)態)經過650~850℃加熱(re)(re)后(hou),便可消(xiao)(xiao)除。但奧氏(shi)體(ti)鋼和鐵素體(ti)鋼發(fa)生晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)以及消(xiao)(xiao)除晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)處理(li)如(ru)此不同(tong),是由(you)于(yu)C及N在(zai)(zai)α中(zhong)(zhong)的(de)(de)固(gu)溶度遠(yuan)小于(yu)在(zai)(zai)γ中(zhong)(zhong)的(de)(de)固(gu)溶度,加上C及N在(zai)(zai)α晶(jing)(jing)(jing)界(jie)吸附趨勢(shi)大,易在(zai)(zai)α晶(jing)(jing)(jing)界(jie)析出碳化(hua)鉻(ge)(ge)(ge),因而形成貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)(ge)區引起晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。碳化(hua)鉻(ge)(ge)(ge)在(zai)(zai)α晶(jing)(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)析出,用(yong)一(yi)(yi)般的(de)(de)水冷無法抑制,這是一(yi)(yi)方面(mian);另(ling)一(yi)(yi)方面(mian),由(you)于(yu)Cr在(zai)(zai)α中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴散(san)較(jiao)在(zai)(zai)γ中(zhong)(zhong)擴散(san)來得快,因而在(zai)(zai)650~850℃短時加熱(re)(re)即可消(xiao)(xiao)除貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)(ge)區,從而消(xiao)(xiao)除了晶(jing)(jing)(jing)間腐(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。
焊接時,在(zai)(zai)熱影響區引起碳化鉻(ge)(ge)(ge)(ge)在(zai)(zai)結晶粒(li)界(jie)上(shang)析(xi)出,稱為敏化。碳化鉻(ge)(ge)(ge)(ge)析(xi)出后,在(zai)(zai)其近旁(pang)的(de)結晶粒(li)界(jie)上(shang)的(de)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)含(han)量“被減少(shao)”,在(zai)(zai)碳化物(wu)(wu)近旁(pang)其含(han)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)量有可能(neng)“貧”到(dao)臨界(jie)含(han)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)量以下。由于結晶粒(li)內部鉻(ge)(ge)(ge)(ge)的(de)擴散(san),使“貧鉻(ge)(ge)(ge)(ge)”部位(wei)得(de)到(dao)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)的(de)補充。只是在(zai)(zai)碳化物(wu)(wu)近旁(pang),因鉻(ge)(ge)(ge)(ge)含(han)量減少(shao)到(dao)不能(neng)保持耐腐蝕性(xing),就(jiu)會發(fa)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。
鐵素(su)體型的(de)不銹鋼(gang)管和(he)奧氏體系列(lie)不銹鋼(gang)管不同的(de)是(shi),從850℃以上開始冷卻(que)時(shi),容易造成(cheng)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)。這是(shi)因(yin)為碳化(hua)鉻(ge)及氮化(hua)物析(xi)出非常迅速的(de)緣故。鐵素(su)體中,鉻(ge)的(de)擴散比奧氏體中鉻(ge)的(de)擴散要快。所以如(ru)果在(zai)碳化(hua)鉻(ge)析(xi)出溫度區(qu)域上短時(shi)間加熱,或者(zhe)是(shi)從高溫緩(huan)慢地冷卻(que)下來,在(zai)“貧鉻(ge)”部位上,鉻(ge)能很(hen)快得到補充,使用時(shi)就不會(hui)產生結(jie)晶(jing)粒界(jie)腐(fu)蝕(shi)。為了(le)防止(zhi)結(jie)晶(jing)粒界(jie)腐(fu)蝕(shi),通常采取下述三(san)項措施(shi)。
①. 固溶化(hua)熱(re)處理時急劇冷卻,以抑制(zhi)碳化(hua)鉻(ge)的析出。
②. 降低碳含量(選取鋼(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(tan)的(de)結(jie)合力,比鉻(ge)和碳(tan)的(de)結(jie)合力強,易(yi)在顆粒內部均(jun)勻析出碳(tan)化(hua)鈦(tai)或碳(tan)化(hua)鈮(ni),由此抑制碳(tan)化(hua)鉻(ge)在晶界(jie)下(xia)的(de)析出。