不銹鋼晶間腐蝕控制措施

1、不銹鋼晶間腐蝕控制措施1問題的提出技術統(tǒng)一規(guī)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(huán)境，焊后應做固溶或穩(wěn)定化處理”，提岀這樣的要求，自有其存在的合理性。但即使設計人員在圖樣的技術要 求中提岀這一條，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(shù)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(tài)使用。這就促使我們?nèi)ニ伎迹壕чg腐蝕是奧氏體不銹鋼最常見的腐蝕形式，那么產(chǎn)生晶間腐蝕的機理是什么？在什么介質環(huán)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

2、的環(huán)境焊后是否都要熱處理？本文查閱有關的標準、規(guī)范，專著,結合生產(chǎn)實際談談個人看法。2晶間腐蝕的產(chǎn)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(qū)域發(fā)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?，F(xiàn)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(chǎn)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450850 C溫度區(qū)，鋼就會對晶間腐蝕產(chǎn)生敏感性。所以這個溫

3、度是奧氏體不銹鋼使用的危險溫度。不銹鋼材料在 岀廠時已經(jīng)固溶處理，所謂固溶處理就是把鋼加熱至10501150 C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 C時，碳的固溶度約為 0. 2 % , 在500700 C時，約為0.02 %。所以經(jīng)固溶處理的鋼 ，碳是過飽和的。當鋼無論是加熱或冷卻通過450850 C時，碳便可形成（Fe 、Cr） 23C6 從奧氏體中析岀而分布在晶界上。 （Fe 、Cr） 23C6 的含鉻 量比奧氏體基體的含鉻量高很多 ，它的析岀自然消耗了晶界附近大量的鉻,而消耗的鉻不能從晶

4、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(qū)，因而鈍態(tài)受到破壞，晶界附近區(qū)域電位下降，而晶 粒本身仍維持鈍態(tài)，電位較高，晶粒與晶界構成活態(tài)鈍態(tài)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(qū)的腐蝕。2. 2晶界雜質選擇溶解理論在生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)生在經(jīng)過固溶處理的鋼上，經(jīng)過敏化處理的鋼一般不發(fā)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

5、上。這些雜質在強氧化性介質作用下便發(fā)生溶解，導致晶間腐蝕。而鋼經(jīng)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(tài)和一定的介質，不是互相排斥而是互相補充的。生產(chǎn)實踐中最常見的不銹鋼的晶間腐蝕多數(shù)是在弱氧化性或氧化 性介質中發(fā)生的，因而絕大多數(shù)的腐蝕實例都可以用貧鉻理論來解釋。3引起晶間腐蝕的的介質環(huán)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

6、類，下面列出常見引起奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的介質 環(huán)境。3. 1常見引起奧氏體不銹鋼晶間腐蝕介質在G. A. Nels on 編制的 腐蝕數(shù)據(jù)圖表"中列岀了常見的引起奧氏體不銹鋼產(chǎn)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(huán)境時，應按GB4334. 1GB4334不銹鋼晶間腐蝕試驗方法

7、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(guī)定:（1）在溫度大于等于 60 C ,且濃度大于等于 5 %的硝酸中使用的奧氏體不銹鋼以及濃硝專用不銹鋼，應按GB4334. 3 不銹鋼65 %硝酸腐蝕試驗方法進行試驗 ，五個周期的平均 腐蝕率或三個周期的腐蝕率應不大于0. 6g/ m2 ?h （ 或相當于0. 6mm/a） 。試樣狀態(tài)可為使用狀態(tài)或敏化狀態(tài)。（2）鉻鎳奧氏體不銹鋼 （女口 0Cr18Ni10Ti , 0Cr18Ni9 , 00Cr19Ni10及相類似鋼材）：一般要求：按GB4334. 5 不銹鋼硫酸一硫酸銅腐蝕試驗方法，彎曲試驗后，試樣表

8、面不得有 晶間腐蝕裂紋。較高要求：按GB4334. 2不銹鋼硫酸一硫酸鐵腐蝕試驗方法，平均腐蝕率應不大于 1. 1g/ m2 ?h 。（3）含鉬奧氏體不銹鋼 （如0Cr18Ni12Mo2Ti , 00Cr17Ni14Mo2及相類似鋼材）：一般要求：按GB4334. 5不銹鋼硫酸一硫酸銅腐蝕試驗方法，彎曲試驗后，試樣表面不得有晶 間腐蝕裂紋。較高要求：按GB4334. 4不銹鋼硝酸一氫氟酸腐蝕試驗方法，腐蝕度比值不大于1.5。也可按GB4334. 2硫酸一硫酸鐵試驗方法，平均腐蝕率應不大于1. 1g/m2?h。（4）介質有特殊要求時，可進行上述規(guī)定以外的晶間腐蝕試驗，并規(guī)定相應的合格要求。4防止

9、和控制晶間腐蝕的措施根據(jù)腐蝕機理，防止和控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的措施有以下幾種：（1）采用超低碳不銹鋼降低碳含量到0. 03 % 以下，如選用00Cr17Ni14Mo2 ,使鋼中不形成（Fe 、Cr） 23C6 ,不岀現(xiàn)貧鉻區(qū)，防止晶間腐蝕的產(chǎn)生。一般強度不高，受力不大，要求塑性好的零件，從經(jīng)濟角度岀發(fā)，可選用0Cr18Ni9 等。（2）穩(wěn)定化不銹鋼選用鋼中含鈦和 鈮的不銹鋼，（即我們常說的穩(wěn)定化不銹鋼），冶煉鋼材時加入一定量的鈦和鈮兩種成分，它們和碳的親和力大，使鋼中形成TiC 或NbC ,而且TiC或NbC的固溶度又比（Fe 、Cr） 23C6小得多，在固溶溫度下幾乎不溶于奧氏體中。這樣

10、，雖然經(jīng)過敏化溫度時，（Fe 、Cr）23C6不致于大量在晶界上析岀，在很大程度上消除了奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向。如1Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni9Nb 等鋼，可在500700 C范圍內(nèi)工作，不會有晶間腐蝕傾向。 重新進行固溶處理當對奧氏體不銹鋼進行電焊時，電弧熔池的溫度高達1300 C以上，焊縫兩側溫度隨距離的增加而下降，其中存在敏化溫度區(qū)。應盡量避免奧氏體不銹鋼在敏化溫 度范圍內(nèi)受熱和緩慢冷卻，若發(fā)現(xiàn)有晶間腐蝕傾向，一般對非穩(wěn)定化的不銹鋼多加熱到 10001120 °C ,保溫按每毫米12分鐘計，然后急冷；對穩(wěn)定化不銹鋼以加熱到9501050 C為宜。經(jīng)固溶處理后的

11、鋼仍要防止在敏化溫度加熱，否則碳化鉻會重新沿晶界析岀。（4）選用正確的焊接方法焊接時，如果操作不熟練或焊接材料過厚，焊接時間越長則停留在 敏化溫度區(qū)的機會愈多，結果使焊縫兩側的母材產(chǎn)生對晶間腐蝕的敏感性。為了減輕焊接接頭的敏感性，焊接中應盡量減小線能量的輸入。一般氬弧焊要比電弧焊的輸入線能量低,因而焊接和焊補應當采用氬弧焊。對于焊接件應選用超低碳不銹鋼或含Ti、Nb穩(wěn)定化元素的不銹鋼，對于焊條應選用超低碳焊條或含Nb的焊條。采用氬弧焊焊接時，為避免焊接接頭過熱，操作要快，焊后要快速冷卻，盡量減少焊縫兩側母材在敏化溫度范圍停留的時間。5焊縫區(qū)不一定都強調(diào)焊后熱處理，一般固溶處理要在1100115

12、0 C范圍內(nèi)保溫一定時間后急冷，三分鐘內(nèi)要完成 925540 C溫度范圍的冷卻，在繼續(xù)快冷到 425 C以下；穩(wěn) 定化處理要在850880 C溫度范圍內(nèi)保溫幾小時后空冷。預期的焊后熱處理效果，同熱處理全過程的各個關鍵工藝參數(shù)（如進爐溫度、升溫速度、升溫過程中工件各部位的溫差、爐內(nèi)氣氛、保溫時間、保溫過程中各部位的溫差、降溫速度、岀爐溫度等）緊密相連。對用于可能引起晶間腐蝕環(huán)境的奧氏體不銹鋼容器，一般零部件的固溶處理或穩(wěn)定化處理可以實現(xiàn)。而對整臺容器（多為換熱器）焊縫進行焊后熱處理將面臨重重困難。這類處理不是局 部的焊后熱處理，而是整個焊接部件或整臺容器焊后熱處理。由于大多數(shù)化工容器的結構形狀復

13、雜（比如我們常用的管殼式換熱器）。如果要求對整臺管殼式換熱器焊縫區(qū)焊后固溶或穩(wěn)定化處理，上述的關鍵工藝參數(shù)根本得不到控制，更談不上保證焊后熱處理質量。即便處理也往往弄巧成拙，不僅焊縫組織結構未能得到改善，母材組織結構反而遭到不應有的惡化。因此，即使用于晶間腐蝕環(huán)境的奧氏體不銹鋼制的化工容器,90 %以上仍為焊后態(tài)使用，而不是焊后熱處理態(tài)使用。6 一點看法鉻鎳奧氏體不銹鋼是最常用的抗腐蝕材料，而晶間腐蝕是鉻鎳奧氏體不銹鋼容器最常見的失效形式。晶間腐蝕使晶粒間的結合力大大削弱，嚴重時可使機械強度完全喪失。遭受這種腐蝕的不銹鋼，表面看來還很光亮，但經(jīng)不起輕輕敲擊便破碎成細粒。由于晶間腐蝕不易檢查，所以，造成設備的突然破壞，它的危害性很大，應引起我們足夠的重視。鉻鎳奧氏體不銹鋼容器基本上是靠焊接成型的，而焊接接頭兩側是晶間腐蝕敏化區(qū)，它總是比母材先受到腐蝕破壞。通過焊后熱處理，提高焊縫區(qū)抗晶間腐蝕的能力，達到和母材同等程度，這是我們追求的目標， 是我們進行焊后熱處理的初衷。但是在付諸實踐中，有許多因素要考慮，比如：焊件整體結構形狀復雜，焊后熱處理工藝參數(shù)難以保證，因此，實際上絕大部分在役的鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊后態(tài)使用。對用于抗晶間腐蝕的鉻鎳奧氏體不銹鋼制容器焊縫區(qū)是否作固溶處理