很多單位的技術統一規定中通常包括“奧氏體不銹鋼制容器用于可能引起晶間腐蝕的環境,焊后應做固溶或穩定化處理”,提出這樣的要求,自有其存在的合理性。但即使設計人員在圖樣的技術要求中提出這一條,要求制造廠進行不銹鋼制容器(比如換熱器)的焊后熱處理,由于實際熱處理工藝參數難以控制和其他一些意想不到的困難, 通常難以達到設計人員提出的理想要求,實際上在役的不銹鋼設備絕大部分是在焊后態使用。
這就促使我們去思考:晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼最常見的腐蝕形式,那么產生晶間腐蝕的機理是什么?在什么介質環境下會引起晶間腐蝕?防止和控制晶間腐蝕的主要方法有哪些?奧氏體不銹鋼制容器用于可能引起晶間腐蝕的環境焊后是否都要熱處理?本文查閱有關的標準、規范,專著,結合生產實際談談個人看法。
02、晶間腐蝕的產生機理
晶間腐蝕是一種常見的局部腐蝕, 腐蝕沿著金屬或合金晶粒邊界或它的臨近區域發展, 而晶粒腐蝕很輕微,這種腐蝕便稱為晶間腐蝕,這種腐蝕使晶粒間的結合力大大削弱。嚴重的晶間腐蝕,可使金屬失去強度和延展性,在正常載荷下碎裂。現代晶間腐蝕理論, 主要有貧鉻理論和晶界雜質選擇溶解理論。
2.1貧鉻理論
常用的奧氏體不銹鋼,在氧化性或弱氧化性介質中之所以產生晶間腐蝕,多半是由于加工或使用時受熱不當引起的。所謂受熱不當是指鋼受熱或緩慢冷卻通過450~850℃溫度區,鋼就會對晶間腐蝕產生敏感性。所以這個溫度是奧氏體不銹鋼使用的危險溫度。不銹鋼材料在出廠時已經固溶處理,所謂固溶處理就是把鋼加熱至1050~1150℃后進行淬火,目的是獲得均相固溶體。奧氏體鋼中含有少量碳,碳在奧氏體中的固溶度是隨溫度下降而減小的。如0Cr18Ni9Ti ,在1100℃時,碳的固溶度約為0.2%,在500~700℃時,約為0.02%。所以經固溶處理的鋼,碳是過飽和的。
當鋼無論是加熱或冷卻通過450~850℃時,碳便可形成(Fe 、Cr)23C6從奧氏體中析出而分布在晶界上。(Fe 、Cr)23C6 的含鉻量比奧氏體基體的含鉻量高很多,它的析出自然消耗了晶界附近大量的鉻,而消耗的鉻不能從晶粒中通過擴散及時得到補充,因為鉻的擴散速度很慢,結果晶界附近的含鉻量低于鈍化必須的的限量(即12%Cr),形成貧鉻區,因而鈍態受到破壞,晶界附近區域電位下降,而晶粒本身仍維持鈍態,電位較高,晶粒與晶界構成活態—鈍態微電偶電池,電池具有大陰極小陽極的面積比,這樣就導致晶界區的腐蝕。
2.2晶界雜質選擇溶解理論
在生產實踐中,我們還了解到奧氏體不銹鋼在強氧化性介質(如濃硝酸)中也能產生晶間腐蝕,但腐蝕情況和在氧化性或弱氧化性介質中的情況不同。通常發生在經過固溶處理的鋼上,經過敏化處理的鋼一般不發生。當固溶體中含有磷這種雜質達100ppm時或硅雜質為1000~2000ppm時,它們便會偏析在晶界上。這些雜質在強氧化性介質作用下便發生溶解,導致晶間腐蝕。而鋼經敏化處理時,由于碳可以和磷生成(MP)23C6,或由于碳的首先偏析限制了磷向晶界擴散,這兩種情況都會免除或減輕雜質在晶界的偏析,就消除或減弱了鋼對晶間腐蝕的敏感性。
上述兩種解釋晶間腐蝕機理的理論各自適用于一定合金的組織狀態和一定的介質,不是互相排斥而是互相補充的。生產實踐中最常見的不銹鋼的晶間腐蝕多數是在弱氧化性或氧化性介質中發生的,因而絕大多數的腐蝕實例都可以用貧鉻理論來解釋。
03、引起晶間腐蝕的介質環境
引起常用奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的介質,主要有兩類,一類是氧化性或弱氧化性介質,一類是強氧化性介質,如濃硝酸等。常見的是第一類,下面列出常見引起奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的介質環境。
3.1常見引起奧氏體不銹鋼晶間腐蝕介質
在G.A.Nelson編制的“腐蝕數據圖表”中列出了常見的引起奧氏體不銹鋼產生晶間腐蝕的介質:醋酸,醋酸+水楊酸,硝酸銨,硫酸銨,鉻酸,硫酸銅,脂肪酸,甲酸,硫酸鐵,氫氟酸+硫酸鐵,乳酸,硝酸,硝酸+鹽酸,草酸,磷酸,海水,鹽霧,硫酸氫鈉,次氯酸鈉,二氧化硫(濕),硫酸,硫酸+硫酸銅,硫酸+硫酸亞鐵,硫酸+甲醇,硫酸+硝酸,亞硫酸,酞酸,氫氧化鈉+硫化鈉。
3.2晶間腐蝕傾向性試驗
奧氏體不銹鋼使用于可能引起晶間腐蝕的環境時,應按GB4334-2008《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》進行晶間腐蝕傾向性試驗。奧氏體不銹鋼晶間腐蝕傾向試驗方法的選用及其合格要求應符合下列規定: