奥氏体不锈钢晶间腐蚀ASTMA763

奥氏体不锈钢中晶间腐蚀的影响因素。
防止晶间腐蚀的方法，一是降低钢种碳的质量分数（0.03%）,使钢中不形成碳化物，二是给钢中加入能形成稳定碳化物的元素如钛Ti或铌Nb等，使钢中形成TiC/NbC,而不形成铬的碳化物，以奥氏体中的铬含量。

奥氏体钢体焊缝产生晶间腐蚀，也是由于在晶界析出铬的碳化物从而在晶界形成薄的贫铬层引起的。晶间腐蚀倾向与焊接材料有直接关系。当焊接材料含有稳定化元素（如Ti、Nb） 或含碳量大到低碳（ωc≤0.03％）水平时，就不容易产生晶间腐蚀。这主要是由于Ti、Nb等元素与碳的亲和力大于铬与碳的亲和力，因而能取代Cr而与碳形成碳化物，使钢中绝大部分碳固定在这些碳化物中，因此能避免在晶界产生贫铬层。同样，如果焊缝中含碳量很低，也不利于在晶界形成贫铬层。

奥氏体钢焊缝产生晶间腐蚀通常有两种情况：
①由于焊接线能量过大或多层焊重复加热，使焊缝金属在敏化区温度区间所处的时间较长，晶界能产生铬的碳化物沉淀并形成贫铬层；
②虽然焊缝金属在焊态未形成贫铬层，但在焊后由于不恰当的热处理或在敏化温度范围工作，使焊缝经受敏化加热条件，因而产生了晶间腐蚀倾向。
( 2) 防止晶间腐蚀的措施
选用低碳（C≤0.03%）、添加钛或铌等稳定元素的不锈钢焊条。
采用小规范，目的是为了减少危险温度范围停留时间，采用小电流、快焊速、短弧焊及不作横向摆动。焊缝可采用强制冷却（如铜垫板、水冷）方法加快焊接接头的冷却速度，减少热影响区。多层焊时，应控制层间温度，要道焊缝冷却至60℃以下时再焊。接触介质的那面焊缝后焊接。焊后固溶处理。将工件加热至1050℃~ 1150℃后淬火，使晶界上的Cr23C6溶入晶粒内部, 形成均匀的奥氏体组织。

不锈钢晶间腐蚀的产生机理
晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀， 腐蚀沿着金属或合金晶粒边界或它的临近区域发展， 而晶粒腐蚀很轻微，这种腐蚀便称为晶间腐蚀，这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱。严重的晶间腐蚀，可使金属失去强度和延展性，在正常载荷下碎裂。现代晶间腐蚀理论， 主要有贫铬理论和晶界杂质选择溶解理论。
2. 1 贫铬理论
常用的奥氏体不锈钢， 在氧化性或弱氧化性介质中之所以产生晶间腐蚀， 多半是由于加工或使用时受热不当引起的。所谓受热不当是指钢受热或缓慢冷却通过450～850 ℃温度区， 钢就会对晶间腐蚀产生敏感性。所以这个温度是奥氏体不锈钢使用的危险温度。不锈钢材料在出厂时已经固溶处理，所谓固溶处理就是把钢加热至1050～1150 ℃后进行淬火，目的是获得均相固溶体。奥氏体钢中含有少量碳， 碳在奥氏体中的固溶度是随温度下降而减小的。如0Cr18Ni9Ti , 在1100 ℃时， 碳的固溶度约为0. 2 % , 在500～700 ℃时， 约为0. 02 %。所以经固溶处理的钢，碳是过饱和的。

锈钢晶间腐蚀的原因和影响，避免腐蚀危害的方法 
所谓晶间腐蚀，是金属材料在特定的腐蚀介质中,并在高温环境下由于晶界合金元素铬的贫化,沿着材料的晶粒间界受到腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象。以奥氏体不锈钢为例,在焊接时,焊缝两侧2～3 mm处可被加 热到400～910℃,这就是所谓的晶间腐蚀敏化区,有铬和钼相析出而出现贫化。
不锈钢抗晶间腐蚀能力因其金相组织和化学成分的不同而有所不同,如奥氏体不锈钢和双相不锈钢晶间腐蚀的敏化温度范围是400～850℃；而铁素体不锈钢则在850℃以上。腐蚀从表面沿晶界深入金属内部,外表看不出腐蚀迹象,但金相观察晶界呈现网状腐蚀。
含碳量愈高,碳的扩散量愈多,碳化物形成的就多,铬的消耗量就大,使得晶间腐蚀倾向渗入晶界的深度加大。铬含量增加时,有利于贫铬区与富铬区含铬量的平衡,从而降低了晶间腐蚀的敏感性。镍含量增加可降低碳在奥氏体钢中的溶解度,并可促进M23C6的析出和成长速度,因此镍是加速晶间腐蚀的元素。钛和铌与碳的亲和力较强,能够生成稳定的TiC和NbC,以避免碳与铬结合形成碳化铬,从而减少了晶界贫铬区的产生,因此它们被称为稳定化元素。 此外，氮、磷、硅这些元素的存在对不锈钢耐晶间腐蚀都是不利的。

由于500℃以上碳的扩散速度远大于铬的扩散速度，碳将不断向奥氏体的晶界扩散并与铬化合成Cr23C6,造成奥氏体境界的贫铬。当晶界处的含铬量低于12%时将使焊接接头失去抗腐蚀能力。如在高温腐蚀介质的作用下，接头焊缝组织晶界会发生局部腐蚀(晶间腐蚀)。

奥氏体不锈钢由于晶间腐蚀的发生,导致结构发生早期失效,既影响钢材的正常使用寿命,又容易引发生产事故,给企业造成不必要的经济损失,增加了社会的人力物力支出成本。因此,探究奥氏体不锈钢晶间腐蚀的产生机理,提出预防和修复措施,充分发挥奥氏体不锈钢的优良性能,对建设资源、能源节约型,环境友好型和谐社会有重要意义。
“不锈钢在强氧化性介质中的腐蚀电位处于过钝化电位区。在这种情况下，也能产生晶间腐蚀。此时敏化态的不锈钢不产生晶间腐蚀，而固溶态的不锈钢反而产生晶间腐蚀” 晶界，不论是否存在元素在晶界上的偏析，晶界上的原子的电位和晶内都是不同的。所以，就会有腐蚀速率的差异。
碳化铬沉淀引起的晶间腐蚀 不锈钢中含有0.08-0.12%的碳,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,形成(Cr,Fe)23C6,在高温时,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.这种状态在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.过饱和固溶体是不稳定的,在敏化处理 温度(400-850℃)再加热时,碳化物沿晶粒间界要析出,因此钢产生晶间腐蚀趋势.当温度73o0C时,晶间的碳化铬是孤立的颗粒,晶间腐蚀趋势小;低于650.C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.