何为不锈钢晶间腐蚀?应该怎么防止其腐蚀?
发布日期:2020-10-22 13:56:27

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。


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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。


引起常用奥氏体不锈钢晶间腐蚀的介质, 主要有两类。一类是氧化性或弱氧化性介质,一类是强氧化性介质,如浓硝酸等。常见的是第一类,下面列出常见引起奥氏体不锈钢晶间腐蚀的介质环境。


常见引起奥氏体不锈钢晶间腐蚀介质

在G. A. Nelson 编制的“腐蚀数据图表”中列出了常见的引起奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的介质:醋酸,醋酸+ 水杨酸,硝酸铵,硫酸铵,铬酸,硫酸铜,脂肪酸,甲酸,硫酸铁,氢氟酸+ 硫酸铁,乳酸,硝酸,硝酸+ 盐酸,草酸,磷酸,海水,盐雾,硫酸氢钠,次氯酸钠,二氧化硫(湿) ,硫酸,硫酸+ 硫酸铜,硫酸+ 硫酸亚铁, 硫酸+ 甲醇, 硫酸+ 硝酸, 亚硫酸, 酞酸, 氢氧化钠+ 硫化钠。


晶间腐蚀倾向性试验

奥氏体不锈钢使用于可能引起晶间腐蚀的环境时,应按GB4334. 1~GB4334《不锈钢晶间腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀倾向性试验。奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向试验方法的选用及其合格要求应符合下列规定:

(1) 在温度大于等于60 ℃,且浓度大于等于5 %的硝酸中使用的奥氏体不锈钢以及浓硝专用不锈钢, 应按GB4334. 3《不锈钢65 %硝酸腐蚀试验方法》进行试验,五个周期的平均腐蚀率或三个周期的腐蚀率应不大于0. 6g/ m2 h (或相当于0. 6mm/a) 。试样状态可为使用状态或敏化状态。

(2) 铬镍奥氏体不锈钢( 如0Cr18Ni10Ti , 0Cr18Ni9 , 00Cr19Ni10 及相类似钢材) : 一般要求:按GB4334. 5《不锈钢硫酸—硫酸铜腐蚀试验方法》,弯曲试验后,试样表面不得有晶间腐蚀裂纹。较高要求:按GB4334. 2《不锈钢硫酸—硫酸铁腐蚀试验方法》,平均腐蚀率应不大于1. 1g/ m2 h 。

(3) 含钼奥氏体不锈钢(如0Cr18Ni12Mo2Ti , 00Cr17Ni14Mo2 及相类似钢材) : 一般要求:按GB4334. 5《不锈钢硫酸—硫酸铜腐蚀试验方法》, 弯曲试验后, 试样表面不得有晶间腐蚀裂纹。较高要求:按GB4334. 4《不锈钢硝酸—氢氟酸腐蚀试验方法》, 腐蚀度比值不大于1. 5。也可按GB4334. 2《硫酸—硫酸铁试验方法》, 平均腐蚀率应不大于1. 1g/m2 h 。

(4) 介质有特殊要求时,可进行上述规定以外的晶间腐蚀试验,并规定相应的合格要求。


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防止和控制晶间腐蚀的措施

根据腐蚀机理, 防止和控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀的措施有以下几种:

(1) 采用超低碳不锈钢降低碳含量到0. 03 %以下, 如选用00Cr17Ni14Mo2 , 使钢中不形成( Fe 、Cr) 23C6 ,不出现贫铬区,防止晶间腐蚀的产生。一般强度不高, 受力不大, 要求塑性好的零件, 从经济角度出发,可选用0Cr18Ni9 等。

(2) 稳定化不锈钢选用钢中含钛和铌的不锈钢, (即我们常说的稳定化不锈钢) , 冶炼钢材时加入一定量的钛和铌两种成分, 它们和碳的亲和力大, 使钢中形成TiC 或NbC , 而且TiC 或NbC 的固溶度又比( Fe 、Cr) 23C6 小得多,在固溶温度下几乎不溶于奥氏体中。这样,虽然经过敏化温度时, ( Fe 、Cr) 23C6不致于大量在晶界上析出, 在很大程度上消除了奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的倾向。如1Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni9Nb 等钢, 可在500~700 ℃范围内工作, 不会有晶间腐蚀倾向。

(3) 重新进行固溶处理当对奥氏体不锈钢进行电焊时,电弧熔池的温度高达1300 ℃以上,焊缝两侧温度随距离的增加而下降, 其中存在敏化温度区。应尽量避免奥氏体不锈钢在敏化温度范围内受热和缓慢冷却, 若发现有晶间腐蚀倾向, 一般对非稳定化的不锈钢多加热到1000~1120 ℃, 保温按每毫米1~2 分钟计, 然后急冷;对稳定化不锈钢以加热到950~1050 ℃为宜。经固溶处理后的钢仍要防止在敏化温度加热,否则碳化铬会重新沿晶界析出。

(4) 选用正确的焊接方法焊接时,如果操作不熟练或焊接材料过厚, 焊接时间越长则停留在敏化温度区的机会愈多, 结果使焊缝两侧的母材产生对晶间腐蚀的敏感性。为了减轻焊接接头的敏感性,焊接中应尽量减小线能量的输入。一般氩弧焊要比电弧焊的输入线能量低, 因而焊接和焊补应当采用氩弧焊。对于焊接件应选用超低碳不锈钢或含Ti 、Nb稳定化元素的不锈钢, 对于焊条应选用超低碳焊条或含Nb 的焊条。采用氩弧焊焊接时,为避免焊接接头过热, 操作要快, 焊后要快速冷却, 尽量减少焊缝两侧母材在敏化温度范围停留的时间。


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来源:压力容器人、中国腐蚀与防护网