1. 穩(wěn)定化原理
奧氏體不銹鋼產(chǎn)生敏化態(tài)晶間腐蝕的根本原因,是由于鋼中含有一定量的碳元素。如將碳含量降至其固溶極限(飽和值)以下,基本上可以避免。早在30年代初,法國已試制了碳含量不大于0.02%的奧氏體不銹鋼。但限于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝和冶煉水平,不可能大量生產(chǎn)和應(yīng)用。因此在相當(dāng)長的一段時(shí)期,大多依靠加入穩(wěn)定碳化物的元素(如同碳具有比鉻更強(qiáng)親和力的鈦和鈮),在較高溫度下(約850~1150℃)形成穩(wěn)定的碳化物(如TiC或NbC),從而大大降低了奧氏體中固溶碳的濃度(含量),使鋼在敏化溫度(約480~850℃)加熱時(shí),很少有富鉻碳化物(如M23C6)沿晶界析出。故比第一代奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕M23C6)性能獲得明顯改善。習(xí)慣上將此類鋼稱為穩(wěn)定化(指穩(wěn)定碳化物)奧氏體不銹鋼。我國應(yīng)用最普遍和最具有代表性的鋼種就是1Cr18Ni9Ti鋼。加入鈦、鈮穩(wěn)定化元素的數(shù)量主要是與碳、也與氮的含量有關(guān)。一般Ti%≥6×C%;Nb%≥10×C%。但不宜過量。鈦、鈮不僅是鐵素體形成元素;而且由于吸收了奧氏體中固溶的碳、氮形成穩(wěn)定化合物造成的成分變化,均降低了奧氏體的穩(wěn)定性,促進(jìn)鐵素體的形成。含鈦鋼的表面質(zhì)量差,鈮高易增加焊接熱裂紋傾向等。
2. 穩(wěn)定化處理
預(yù)先熱處理或機(jī)械熱處理對(duì)穩(wěn)定化不銹鋼耐晶間腐蝕性能有很大影響。若選用一般固溶熱處理溫度,如1100℃,因遠(yuǎn)離TiC最佳或最快析出溫度900℃,為達(dá)到充分穩(wěn)定化效果(根據(jù)用途需要),應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)行穩(wěn)定化處理(一般在850~950℃范圍保溫?cái)?shù)小時(shí))。也有兼顧辦法,采用一次熱處理。如980℃,使Cr23C6溶解,TiC析出。熱處理溫度的選擇同具體鋼種、碳、鈦等成分有關(guān)。如我國不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)一些18-8TiNb、18-8MoTi鋼規(guī)定,需方在合同中注明時(shí)可進(jìn)行穩(wěn)定化處理(850~930℃);而且固溶處理溫度下限已降至較低范圍,如1Cr18Ni9Ti為1000℃、0Cr18Ni11Ti則為920℃。還可利用生產(chǎn)工藝過程(軋制、加熱、包括熱處理等)的合理改進(jìn),節(jié)約能源,盡可能多地使TiC析出。
3. 刀口腐蝕
TiC析出(通常多在晶內(nèi)析出)后十分穩(wěn)定,能保持至很高溫度(1120~1150℃以上),到接近熔點(diǎn)時(shí)才大量溶解。當(dāng)焊接時(shí),在緊鄰焊縫的母材狹小區(qū)域內(nèi),就出現(xiàn)TiC大量溶解。在隨后冷卻或多次焊接等,使之重新經(jīng)受敏化加熱(最敏感的溫度為600~750℃),富鉻碳化物(M23C6)沿晶界析出。在某些介質(zhì)條件下,如65%沸騰硝酸,具有一定氧化性的尿素等溶液中,沿上述十分窄的敏化區(qū)發(fā)生晶間腐蝕。這種焊縫與母材熔合線(緊貼焊縫的被焊母材一側(cè))處因腐蝕造成的溝槽,被稱為刀口腐蝕。這是穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼本質(zhì)上所決定,難以克服的固有缺點(diǎn)。它同非穩(wěn)定化(或稱第一代)的奧氏體不銹鋼焊接熱影響區(qū)敏化溫度范圍(距離焊縫稍遠(yuǎn)且較寬)發(fā)生的晶間腐蝕(被稱為熱影響區(qū)腐蝕)有區(qū)別,而且更危險(xiǎn)。無論刀口腐蝕或熱影響區(qū)的腐蝕,采用超低碳(也稱為第三代)奧氏體不銹鋼均可避免。