研究18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀现象

18 - 8型奧氏体不锈钢是工业中应用最广的不锈钢之一 ,在常温和低温下有良好的韧型、塑性、焊接性抗腐蚀性及无磁性,也有抗化学腐蚀和电化学腐蚀的能力,广泛应用于石油化工、冶金机械航空.航海、仪器仪表、家用电器和五金制造等行业.晶间腐蚀(IGC)[141是18-8型奧氏体不锈钢常发生的一种局部腐蚀.不锈钢发生晶间腐蚀时,金属外形几乎不发生任何变化,但是晶粒间的结合力却有所下降,使钢的强度、塑性和韧性急剧降低;如果遇有内外应力的作用,轻者稍经弯曲便可产生裂纹,重者敲击即可碎成粉末.晶间腐蚀不易检测,常造成设备的突然破坏,危害性极大.据统计,这类腐蚀约占总腐蚀类型的10.2%[5.01.另外,晶间腐蚀常常会加快均匀腐蚀.因此,分析奥氏体不锈钢晶问腐蚀的原因，采取相应措施避免晶间腐蚀的发生具有重要的经济和技术意义。

1、晶间腐蚀机理

晶间腐蚀的机理”-101,主要有“贫Cr理论”和“晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论”等.“贫Cr理论"认为,奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是由于晶界区的贫铬所引起的.C在奥氏体中的饱和溶解度<0.02% ,不锈钢的C含量一般都高于这一数值.当不锈钢从固溶温度开始冷却时,C处于过饱和状态敏化处理时,C和Cr形成碳化物(主要为(Cr,Fe)2C。型)在晶界析出.由于(Cr,Fe)zC。中Cr含量很高,而Cr在奧氏体中扩散速率却很低,导致奥氏体中Cr含量低于12mas%,那么在晶界两侧便形成了贫Cr区,即晶界区和晶粒本体有了明显的差异.晶粒与晶界构成活态-钝态的微电偶结构,从而形成晶界腐蚀.用透射电镜薄膜技术可直接观察到贫Cr区,并测定贫Cr区的宽度和贫化程度.另外,支持贫Cr理论的有利证据，是利用阳极极化曲线间接测出电流密度,不锈钢随Gr含量的降低,其临界电流密度和钝化电流密度也相应增加。

不锈钢在强氧化性介质中也会发生晶间腐蚀,但不发生在经过敏化处理11,12]1的不锈钢，而是发生在经固溶处理的不锈钢上.对于这类晶间腐蚀显然不能用贫Cr理论来解释,可用品界区选择性溶解理论来解释.当晶界上析出了σ相(FeCr金属间化合物) ,或是有杂质(如P、Si )偏析,在强氧化性介质中便会发生选择性溶解,以致发生晶间腐蚀.而敏化加热时析出的碳化物有可能使杂质不富集或者程度减轻,从而消除或减少晶间腐蚀倾向对于“晶界杂质选择性溶解理论”有力的证据是,用俄歇电子能谱仪( AES)可以检测到晶界区存在P .Si,而晶体内却检测不到P、Si ,表明晶体内和晶界存在浓度差异。

另外,晶间腐蚀的机理还有“晶界吸附理论"、“亚稳沉淀相理论”等。这些理论彼此并不矛盾,互为补充晶间腐蚀机理的研究十分重要,应充分应用现代检测技术13,141，研究晶间原子结构的改变、断口形貌、化学成分的变化、腐蚀过程、腐蚀产物的成分以及晶界合金元素的相互影响等,进一步解释晶间腐蚀现象。

2、不锈钢晶间腐蚀的影响因素

不管是作为杂质元素还是作为合金的添加元素,晶间腐蚀主要取决于其在晶界的浓度和分布.--般在晶间腐蚀区域的Si含量不超过晶粒本身的2 ~ 3倍. Kasparovalxl.认为,在沸腾的65% HNO3溶液中,含0.07 mass%C和3.3 mass% Si的X20H20钢,Si和C相互促进,形成CrxC。型的含Si碳化铬,促进晶间腐蚀的发生。

不锈钢中加入Ti、 Nb23s.0等元素时,它们与C结合能力比Cr强，能够与C结合生成稳定的碳化物,可以避免在奥氏体中形成贫Cr区,这些元素称为稳定剂.同时,Ti和Nb还是形成铁素体的元素,会促进双相组织的形成.故通过添加这些元素可以减少晶间腐蚀的产生.但需要注意的是,在强氧化性介质(如硝酸)条件下,添加Ti元素反而有害,因为生成的TIC易被溶解.另外,不锈钢在冶炼的过程中应减少有害杂质S、P等,因为它们作为杂质元素易形成第二相,发生选择性腐蚀。

3、晶间腐蚀评定

不锈钢晶间腐蚀敏感性的测试方法136-381有GB4334122- 84“Fez (S04)3 - HS04腐蚀试验”、CB43342-84“65%HNO,腐蚀试验”、CB4334-2003“不锈钢10%草酸浸蚀实验方法"以及EPR( electrochemical potentiokinetie reactivation) 法等EPR法是通过测量并分析试样在特定电解液中的再活化极化曲线来评定材料的晶间腐蚀敏感性的。用电化学再活化法研究了不锈钢晶间腐蚀敏感性,并与传统方法的测量结果进行比较。用电化学动电位再活化法与草酸浸蚀法研究1Cr18Ni9Ti 不锈钢的晶间腐蚀敏感性，并对动电位再活化法用于评价不锈钢晶间腐蚀敏感性的各种判据进行了综合分析.结果指出,各种判据与材料的敏化程度有良好的对应关系,并且可以灵敏定量地反映低敏化材料的晶间腐蚀敏感性的变化。用光电化学微区成像技术和共振拉曼光谱方法,评价敏化不锈钢的晶间腐敏感性,指出1Cr18Ni9Ti敏化时间较长时,具有较大的晶间腐敏感性. Fe2(S04); - H2S0,腐蚀试验和HNO,腐蚀试验周期较长,但草酸腐蚀法检测晶间腐蚀既快速又灵敏,其中电化学再活化法是目前测量不锈钢晶间腐蚀敏感性大小的一种准确迅速的理想检测手段。

4、结束语

奥氏体不锈钢晶问腐蚀的机理主要有“贫Cr理论”和“晶界杂质选择性溶解理论”.在工程的实际应用过程中,往往同时存在两种或两种以上的腐蚀机理,其中贫Cr所引起的晶间腐蚀现象最为普遍.钢的化学成分以及热处理工艺可决定是否引起晶间腐蚀和腐蚀的程度,其中C含量是影响奧氏体不锈钢晶间腐蚀的最主要因素,其敏感性随C含量的增加递增,不锈钢中的C含量<0.03%,其晶间腐蚀敏感性大大降低.改变钢的化学成分和热处理工艺是控制:奥氏体不锈钢晶间腐蚀的主要的、最有效的措施。实践表明，合适的固溶处理稳定化处理、降低C及杂质元素(如Si、P和N)在奥氏体不锈钢晶界的含量、加入稳定剂(如Ti和Nb)消除或防止热加工或冷加工过程中对材料的影响等,都是降低晶间腐蚀敏感性和防止晶间腐蚀的有效措施。