不锈钢的腐蚀

不锈钢的腐蚀内容摘要：

晶界和碳结合，不会在晶界形成 “贫铬区 ”：所以产生晶间腐蚀的温度是在 450℃ 850℃ 之间，这 个温度区 间 就成为产生晶间腐蚀的 “危险温度区 ” (又称 “敏化温度区 ”)．其中尤以 650℃ 为最危险。 焊接时，焊缝两侧处于 “危险温度区 ”的地带最容易发生晶间腐。 即使是焊缝由于在冷却过程中其温度也要穿过“危险温度区 ”，所以也会产生晶间腐蚀。 (2)冷却速度的影响 冷却速度的影响不锈钢焊接接头在 “危险温度区 ”停留在时问越短，接头的耐晶问腐能力越强。 所以不锈钢焊接时，快速冷却是提高 抗晶间腐蚀的重要手段。 (3)含碳量的影响 碳是造成晶体间腐蚀的主要元素，碳含量在 0． 08％以下时，能够析出碳的数量较少， 碳含量在 0． 08％ 以上时，能够析出碳的数量迅速增加。 随着不锈钢中含碳量的增加，在晶界生成的碳化铬随之增多，结果就使得在晶界形成 “贫铬区 ” 的机会增多， 导致产生晶间腐蚀的倾向增加，所以碳是抗晶间腐蚀最有害的元素。 奥氏体不锈钢根据含碳量的不同，分成三个等级：一般含 碳量 (toe 0． 14％ )、低碳级(toe0． 06％ )和超低碳级 (toe0． 03％ )，因为室温时，奥氏体中能溶解最大的碳，其质量分数为0． 02％ ~03％ ，所以超低碳奥氏体不锈钢如果材料化学成份合格原则上就不会产生晶间腐蚀， 如00Crl9Ni等。 焊接这类钢时， 应 该采用超低碳不锈钢焊丝，如 H00Cr21Ni10。 (4)金相组织的影响 不锈钢的金相组织如果是单相奥氏组织体，则其抗晶间腐能力较差。 如果组织中同时还有一定数量的铁素体存在，形成奥氏体加铁素体的双相组织，会大大提高抗晶间腐的能力。 组织的焊缝由于柱状晶发展较快， 晶间夹层厚而连续，析出碳化物后，贫铬区贯穿于晶粒之间，构成侵蚀性介质的腐蚀通道。 双相组织的焊缝， 由于树枝晶粒打乱了柱状晶的生长，晶间夹层分散而不连续，并且由于铁素体中铬的质量分数远高于奥氏体，碳化铬等化合物优先在铁素体的边缘以内析出，因而不致在晶界形成贫铬区。 即使形成了贫铬区，也容易从临近的高铬铁素体中，及时得到铬的补充。 因此这种双相组织会大大提高抗晶间腐的能力。 (5)热处理工艺的影响 通过热处理可以消除贫铬区，稳定金属组织，可有效地减少晶间腐蚀的产生。 12 (6)其它元素的 影响 如在不锈钢中的加入钛、铌等与碳的结合能力比铬更强的元素，能够与碳结合合成稳定的碳化物，可以避免在奥氏体中形成贫铬区。 这些元素称为稳定剂，并且钛和铌还是形成铁素体的元素，加入后会促使形成双相组织。 所以，通过添加这些元素也可以减少晶间腐蚀的产生。 D 晶间腐蚀的防止方法 为了防止晶界贫铬提高抗晶间腐蚀能力，主要有两个办法： 一是降低钢中的碳含量≤ %的超低碳不锈钢；二是向钢中添加钛或铌 ， 铌、钛（ Nb、 Ti）：是强碳化物形成元素，能提高钢的耐晶间腐蚀能力。 但碳化钛对不锈钢的表面质量有不利影响，因此在表面要 求较高的不锈钢中一般通过添加铌来改善性能。 N 在 CrNi 奥氏体不锈钢和双相不锈钢中是一种无价且非常有益的合金元素。 对氮的强化作用，降低钢的晶间腐蚀敏感性，改善钢的耐蚀性，特别是改善钢的耐点蚀等方面的机理，正在进行深入的研究工作。 几种控氮和氮合金化的 CrNi 奥氏体不锈钢已结合工程需要投入了批量生产和应用 综上所述，我们可以从以下几个方面着手加以控制和 (1)控制含碳量 通常控制基本金属和焊条的含碳量在 0． 08％ 以下，如 0Crl8Ni9Ti 钢板， E0—19—10—1E0—19—10Nb 一 15 焊 条等。 另外，若奥氏体钢中的含碳量小于 0． 020． 03％ 时，则全部碳都溶解在奥氏体中，即使在450℃ 850℃ 加热也不会形成贫铬层，故不会产生晶间腐蚀。 通常所说的超低碳不锈钢 (如00Crl9Ni 00Crl7Ni14M0 E00—19—10—16 焊条 )含碳量小于 0． 03％ ，因此不会产生晶间腐蚀。 (2)添加稳定剂 在钢材和焊接材料中加入钛、铌等与碳的亲和力比铬强的元素，这些元素能够与碳结合成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬，对提高抗晶间腐蚀能力起十分良好的作用。 常用的不锈钢材和焊接材料 都含有钛和铌， 如 2Crl8NilMo2Ti 钢材、 E0—19—10Nb 一 15 焊条、 H0Crl9Ni9Ti焊丝等。 (3)进行固溶处理 13 将焊接接头进行固溶处理，方法是在焊后把焊接接头加热到 105011oo℃ ，此时碳又重新溶人奥氏体中，然后迅速冷却，稳定了奥氏体组织。 另外，也可以进行 850℃ ～ 900℃ 保温 2h 的稳定化热处理，此时奥氏体晶粒内部的铬逐步扩散到晶界， 晶界处的含铬龟又重新恢复到大于 12％ ，这样就不会产生晶间腐蚀。 (4)采用双相组织 在焊缝中加入铁素体形成元素， 如铬、硅、铝、钼等， 以使焊缝 由原来的奥氏体单相组织转化成奥氏体加铁素体的双相组织。 但应该注意的是：焊缝金属中铁素体含量不宜过多，否则也会使焊缝变脆。 实践证明焊缝金属中铁素体含量在 510％ 时， 可有效地减少晶间腐蚀的产生。 (5)加快冷却速度 因为奥氏体钢含碳量低，不会产生淬硬现象，所以在焊接过程中，可以设法增加焊接接头的冷却速度，如焊件下用铜垫板，或直接浇水冷却。 在焊接工艺上，可以采用小电流、大焊速、短弧、多道焊等措施， 目的是缩短焊接接头在危险温度区 (450～ 850~C)停留的时间，使其不致形成贫铬区，从而有效的防止了晶间腐蚀的 产生。 此外，还必须注意焊接次序， 即与腐蚀介质接触的焊缝应最后焊接，尽量不使它受重复的焊接热循环作用。 E、其它人理论 产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。 晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区 (HAZ)、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀 (KLA)。 不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于 10~12%。 当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。 因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约 为 %～%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（ CrFe） 23C6 等。 数据表明，铬沿晶界扩散的活化能力 162～ 252KJ/mol，而铬由晶粒内扩散活化能约 540KJ/mol，即 :铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界扩散速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于 12%时，就形成所谓的 “贫铬 区 ”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。 14 含碳量超过 %的不稳定的奥氏体型不锈钢（即不含钛或铌的 0Cr18Ni9 不锈钢），如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。 这些钢在 425℃ 815℃ 之间加热时，或者缓慢冷却通过这个温度区间时，都会产生晶间腐蚀。 这样的热处理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最邻近的区域铬贫化使得这些区域对腐蚀敏感。 敏化作用也可出现在焊接时，在焊接热影响区造成其后的局部腐蚀。 最通用的检查不锈钢敏感性的方法是 65%硝酸腐蚀试验方法。 试验时将钢 试样放入沸腾的 65%硝酸溶液中连续 48h 为一个周期，共 5 个周期，每个周期测定重量损失。 一般规定， 5 个试验周期的平均腐蚀率应不大于。 防止晶界腐蚀的措施有： 调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等。 减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在 0． 04%以下，称为 “超低碳 ”不锈钢，就可以避免铬的碳化物生成。 工艺措施，控制在危险温度区的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。 4） 缝隙腐蚀 产生缝隙腐蚀的主要原因是设备内有缝隙，例如铆接、垫片或者设备内有死角等原因，介质在这些地方由于不流动，所以 氯离子 浓缩而加快腐蚀。 为了防止发生缝隙腐蚀，首先应尽量避免有缝隙的设计，或使缝隙敞开；其次提高耐缝隙腐蚀的能力，其中合金元素的影响与点蚀相同。 缝隙腐蚀 + Pitting(39。 大韩特殊钢 /填埋的自来水管 ) 15 5） 锈 蚀 不锈钢。