不銹鋼的晶間腐蝕點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等腐蝕類型均屬局部腐蝕。由于引起這類腐蝕的機(jī)理不同,其解決途徑也各不相同。在這些局部腐蝕中以應(yīng)力腐蝕破壞事故最多,約占總腐蝕事故的40%~60%,點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕事故約占20%,晶間腐蝕和腐蝕疲勞各占10%,均勻腐蝕占10%.因此,合理選擇耐局部腐蝕不銹鋼已成為耐蝕設(shè)備制造和使用的技術(shù)關(guān)鍵和難題。


1. 鉻鎳奧氏體不銹鋼敏化態(tài)晶間腐蝕


  敏化態(tài)是指經(jīng)固溶狀態(tài)的奧氏體不銹鋼在450~850℃范圍受熱后其組織發(fā)生變化,這種變化后的組織在適當(dāng)?shù)母g介質(zhì)中易遭受優(yōu)先腐蝕,鋼的這種狀態(tài)被稱為敏化態(tài),由此而引起的局部腐蝕即敏化態(tài)的晶間腐蝕,能產(chǎn)生晶間腐蝕的典型介質(zhì)列于表3-9.


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  敏化態(tài)晶間腐蝕是最早出現(xiàn)的局部腐蝕破壞形式,科研人員經(jīng)深人研究提出了導(dǎo)致這種現(xiàn)象的貧鉻理論并在后續(xù)的試驗(yàn)中得到證實(shí)。在Cr-Ni奧氏體不銹鋼的固溶狀態(tài),奧氏體中能溶解0.02%~0.03%的碳,此溶解數(shù)量隨鋼中的Ni量增加而降低。當(dāng)鋼中的碳超過溶解度上限時,碳在鋼中便處于過飽和狀態(tài),假若在450~850℃的溫度范圍內(nèi)或經(jīng)過焊接熱循環(huán),鋼中過飽和的碳就向晶間擴(kuò)散并與周圍的鉻形成富鉻的M23C6碳化物,由于鉻的擴(kuò)散較慢,來不及補(bǔ)充因形成Cr23C6所損失的,使臨介碳化物附近區(qū)域的鉻濃度降低,即形成貧區(qū),因Cr23C6是沿晶界析出,當(dāng)其形成網(wǎng)狀時,貧區(qū)亦呈網(wǎng)狀。貧區(qū)的濃度低于在腐蝕介質(zhì)中耐蝕的臨界鉻量時,就產(chǎn)生典型的晶間腐蝕。


  在無法采用重新固溶處理的條件下,為避免晶間腐蝕,只能采用耐晶間腐蝕的含穩(wěn)定化元素(鈦、鈮)的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼或超低碳(≤0.03%)奧氏體不銹鋼。使用比較普遍和用量較大的牌號為0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、00Cr18Ni10、00Cr17Ni14Mo2等。



2. 鉻鎳奧氏體不銹鋼的非敏化態(tài)的晶間腐蝕


  鉻鎳奧氏體不銹鋼在不存在含Cr23C6析出的非敏化狀態(tài),即固溶狀態(tài),在適當(dāng)?shù)母g介質(zhì)中出現(xiàn)晶間腐蝕稱作敏態(tài)晶間腐蝕。此種腐蝕形式出現(xiàn)在遠(yuǎn)離焊縫的母材上,目前,在含Cr6+的硝酸中,在大于65%濃度的濃硝酸和發(fā)煙硝酸中,在二氧化碳汽提法生產(chǎn)尿素工藝條件下的尿素甲銨環(huán)境中均已發(fā)現(xiàn)不銹鋼的非敏態(tài)的晶間腐蝕。


  研究表明,產(chǎn)生非敏態(tài)晶間腐蝕的根源在于材料中的溶質(zhì)(雜質(zhì))偏聚,即溶質(zhì)偏聚理論,主要偏聚元素是Si、P、B.


  耐非敏態(tài)晶間腐蝕不銹鋼的選擇可依據(jù)介質(zhì)條件的不同予以不同對待。在尿素甲銨液環(huán)境中,可選用低磷、低硅的尿素級不銹鋼,如P≤0.015%、Si≤0.01%的00Cr17Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N、00Cr17Ni14Mo2N.


  在產(chǎn)生非敏態(tài)晶間腐蝕的含Cr6+硝酸或濃硝酸中,可選用低磷(≤0.01%)、低硅(<0.1%)的超低奧氏體不銹鋼如00Cr18Ni10和00Cr25Ni20或選用高硅(約4%)的奧氏體不銹鋼。


  當(dāng)前在這種介質(zhì)中,高硅不銹鋼的用量較大。實(shí)踐結(jié)果表明,在70%~95%的HNO3中,在不同的溫度下可選用不同的高硅不銹鋼牌號。


  在≤50℃下,可選擇0Cr18Ni11Si4AlTi、00Cr14Ni14Si4和00Cr17Ni15Si4Nb。在≤80℃的介質(zhì)中可選擇00Cr20Ni24Si4Ti。


  在濃度>95%的硝酸中,≤50℃時可選擇 0Cr18Ni11Si4Ti、00Cr14Ni14Si4、00Cr17Ni15Si4Nb.≤80℃時可選擇00Cr20Ni24Si4Ti。



3. 鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕


 鐵素體不銹鋼也存在晶間腐蝕傾向。鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕不僅在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生,在弱腐蝕介質(zhì)(自來水)中亦可出現(xiàn)。敏化后的鐵素體不銹鋼在750~850℃短時間加熱,其晶間腐蝕敏感性可減輕或消除。在750~850℃加熱,由于鋼中仍具有足夠的擴(kuò)散速度向晶界擴(kuò)散,使在高溫冷卻時難于避免的貧區(qū)得以補(bǔ)充,降低了貧區(qū)的貧化程度或使之消失,因此可降低或消除晶間腐蝕傾向。然而在500~700℃的范圍內(nèi),鋼中的擴(kuò)散速度減慢,在短時間內(nèi)無法使貧區(qū)消失,貧區(qū)依然存在,在腐蝕介質(zhì)中將會出現(xiàn)晶間腐蝕。鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕的本質(zhì)仍然是貧.對于含20%的鐵素體不銹鋼,貧區(qū)的量可小于5%,甚至可為0%,貧鉻區(qū)寬度為0.05~0.07μm。


 為了防止鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕,可選擇含鈦、鈮穩(wěn)定化的鐵素體不銹鋼,對于C+N≤150 ppm的高純鐵素體不銹鋼也必須采用這種手段。如0Cr17Ti、00Cr26Mo1Nb等。