不锈钢晶间腐蚀及选材

不锈钢的晶间腐蚀是沿不锈钢晶粒间界产生的一种优先破坏，它曾经是人们20世纪30~50年代关注，常见的腐蚀破坏形式。虽然不锈钢敏化态晶间腐蚀的事故已大大减少，但非敏化态晶间腐蚀的研究和解决尚需人们继续努力。

铬镍奥氏体不锈钢的敏化态晶间腐蚀01现象和识别敏化态晶间腐蚀出现在焊接构件的焊缝热影响区或构件经过450~850℃加热的部件，在介质作用下导致这些部位的泄漏或破损；产生敏化态晶间腐蚀的设备、部件等，其尺寸、外形几乎没有变化且无任何塑性变形；除受腐蚀的区域外，其它部位没有任何腐蚀的迹象，仍具有明显的金属光泽；局部取样检查，受腐蚀部位的强度，塑性已严重丧失，冷弯时不仅出现裂纹，严重时常常出现脆断和晶粒脱落且落地无金属声。

在金相显微镜和扫描电镜下可以明显看到钢的晶界由于受腐蚀而变宽，多呈网状严重时还有晶粒脱落现象。

02机理常见的敏化态晶间腐蚀应用贫铬理论可得到圆满的解释。不锈钢的加工及设备制造和使用过程中，若要经过450~850℃的敏化温度加热（例如焊接或在此温度范围内使用），则钢中过饱和的碳就会向晶界扩散，析出并与其附近的铬形成铬的碳合物。在常用的Cr-Ni奥氏体不锈钢中，这种碳化物一般为Cr23C6.由于这种碳化物含有较高的Cr，所以铬碳化物沿晶界沉淀就导致了碳化特周围钢的其体中Cr浓度的降低，形成所谓“贫铬区"。而贫铬区铬量不足，使钝化能力降低，甚至消失，而奥氏体晶粒本身仍具有足够钝化（耐蚀）能力，因此，在腐蚀介质作用下晶界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间腐蚀。

03常见介质易使Cr-Ni奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的常见介质如下表：04防止晶界腐蚀的方法加入稳定化元素：长期以来，人们选用含稳定化元素Ti、Nb的Cr-Ni奥氏体不锈钢。Ti、Nb的作用主要是与钢中过饱和的碳形成稳定的TiC、NbC等碳化物而防止或减少铬碳化物Cr23C6的形成。

缺点：Ti的加入使钢的粘度增加，流动性降低，给不锈钢的连续浇注工艺带来了困难；Ti的加入，使钢锭、钢坯表面质量变坏，不仅大大增加冶金厂的修磨量，而且显著降低钢的成材率，从而提高了不锈钢的成本；Ti的加入，由于TiN等非金属夹杂特的形成，降低了钢的纯洁度，不仅使钢的抛光性能变差，而且由于TiN等夹杂常常成为点蚀源而使钢的耐蚀性下降；含Ti的不锈钢焊后在介质作用下，沿焊缝溶合线易出现“刀状腐蚀"，同样引起焊接结构设备的腐蚀破坏。

由于含Ti不锈钢的上述缺点，在不锈钢产量大的日本，美国含Ti的18-8Cr-Ni不锈钢的产量仅占Cr-Ni不锈钢产量的1~2%，而我国仍占Cr-Ni不锈钢产量的90%以上。这既反映了我国不锈钢生产和钢种使用上的不合理，也说明我国在不锈钢和产和使用中，钢种结构上的落后状况。

降低低钢中的碳含量：选用超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢。由于超低碳（C含量小于等于0.02~0.03）Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度较用Ti、Nb稳定化的不锈钢为低，当强度嫌不足时，可选用控氮{N含量0.05%~0.08%}和氮合金化（N含量大于等于0.10%）的超低Cr-Ni奥氏体不锈钢，它们不仅强度高且耐晶间腐蚀，耐点蚀等性能也均较含Ti、Nb的不锈钢为佳。

建议含Ti、Nb的Cr-Ni奥氏体不锈钢仅用于低碳、超低碳不锈钢无法替代的条件下，例如作为耐热钢使用和在连多硫酸等用途中使用。

铬镍奥氏体不锈钢的非敏化态（固溶态）晶间腐蚀铬镍奥氏体不锈钢的非敏化态晶间腐蚀，1949年才被人们发现，虽然也开展了一些研究工作，但截止目前为止，从理论到实践还没有获得满意的解释和解决。

01现象和识别非敏化态（固溶态）晶间腐蚀系指Cr-Ni奥氏体不锈钢在经过高温（1000~1150℃）加热，保温后迅速冷却后的固溶状态，不需要再经过敏化（焊接或450~850℃敏化温度加热）处理，在一些腐蚀介质中同样出现的晶间腐蚀。产生非敏化态晶间腐蚀的Cr-Ni奥氏体不锈钢既包括普通不锈钢，也包括耐华人态晶间腐蚀的超低碳不锈钢和含稳定化元素Ti、Nb的不锈钢。

非敏化态晶间腐蚀主要出现在含Cr6+的HNO3中，除65%HNO3外，在浓HNO3，特别是发烟硝酸中最易出现。此外，因内在二氧化碳汽提法产生尿素的条件下，在高温，高压尿素甲铵液中，在液相，汽液相交界处，在汽相中均发现了尿素级和非尿素级的00Cr17Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N以及Fe-Ni基耐蚀合金00Cr20Ni35Mo2Cu3Nb（Carpenter 20cd-3）的非敏化态晶间腐蚀。

非敏化态晶间腐蚀一般出现在远离焊缝的母材上。对它的识别基本上与敏化态晶间腐蚀相同，但是，在金相显微镜和扫描电镜下观察，在尿素生产装置中所出现的Cr-Ni奥氏体不锈钢的非敏化态晶间腐蚀形态，发现与前述敏化态晶间腐蚀有很大的不同。主要表现在晶间腐蚀裂纹较宽但常常延伸较浅且常伴随有晶粒脱落，但晶界未见析出物。

02机理研究表明，应用溶质（杂质）偏聚理论能够较满意地解释固溶态（非敏化态）晶间腐蚀产生的原因。

03防止措施从理念上讲，发展P≤0.01%，Si≤0.10%，B≤0.008%的高纯Cr-Ni奥氏体不锈钢是解决非敏化态晶间腐蚀最根本的措施。

铁素体不锈钢的晶间腐蚀01现象和识别铁素体不锈钢的晶间腐蚀与前述Cr-Ni奥氏体不同：它一般出现在高于900~950℃加热后（或焊后），甚至在水等急冷条件下也无法避免；而经过750~850℃短时间加热处理，铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性可减轻，甚至消除；铁素体不锈钢的晶间腐蚀系产生在紧靠焊缝熔合线附近区域，而不是在Cr-Ni奥氏体不锈钢的热影响区内。除出现部位上的差异外，对铁素体不锈钢晶间腐蚀的识别基本上与Cr-Ni奥氏体不锈钢的敏化态晶间腐蚀相同。铁素体不锈钢的晶间腐蚀不仅在强腐蚀性介质中产生，而且在弱介质中，例如在自来水中亦可出现。

02机理大量研究表明，应用贫铬理论同样可满意地解释铁素体不锈钢的晶间腐蚀现象。含Cr20%的铁素体不锈钢，其贫铬区的Cr量可<5%，甚至可为0%，贫铬区的宽度为0.05~0.07μm。

03防止措施为了防止铁素体不锈钢的晶间腐蚀，主要选用含Ti、Nb等稳定化元素的铁素体不锈钢。