基于不銹鋼堆焊層晶間腐蝕原因淺析

摘 要：晶間腐蝕是普遍存在的一種腐蝕，其存在對不銹鋼使用壽命帶來嚴重威脅。目前較為常用的晶間腐蝕檢測方法包括熱酸浸泡法和電化學法。較為公認的導致晶間腐蝕的機理包括貧鉻、第二相析出和晶界吸附。從這三方面出發，加強不銹鋼生產過程中的質量控制，從而最大限度地防范晶間腐蝕的發生。

關鍵詞：不銹鋼；實驗方法；腐蝕機理；晶間腐蝕

晶間腐蝕是一種常見的局部腐蝕。在特殊的腐蝕材料中，晶粒邊界或其相鄰區的腐蝕速度較快，而晶粒自身腐蝕水平較慢，從而嚴重的影響了晶粒之間的相互作用力，導致其整體剛度的下降。這種腐蝕出現在不銹鋼上的時候，雖然不銹鋼表面仍然光潔，但是其剛度水平下降非常明顯。一般腐蝕條件之下，由于晶界在鈍化合金組織中的活性在晶間腐蝕敏感性較高的情況下，晶格與晶界之間將會產生明顯的電位差，而這一情況的存在，主要是由于合金在高溫工況下組織改變所導致的。除此之外，晶界雜質達到一定水平之下，也同樣會導致晶間腐蝕問題的產生，不同的合金，這種腐蝕出現的機制有所不同。因此，文章探討了不銹鋼晶間腐蝕的具體出現機理，從而為其制造和應用的安全性提供必要的理論支持。

1 實驗方法

在實際的應用中，不銹鋼表現出良好的耐腐蝕性能，因此在多種工況條件下得到了廣泛的應用。但是熱處理或者焊接過程中，如果選擇的工藝不當，或者工況條件溫差過大，都會導致其晶間腐蝕問題的出現。出現晶間腐蝕的不銹鋼，往往會進一步誘發晶間應力腐蝕，導致的結果會帶來無法估計的經濟事故和人員傷亡。

晶間腐蝕的評價一般選擇兩種環境，化學侵蝕環境和電化學腐蝕環境。目前，常用的快速、簡單的檢測方法包括電化學法和熱酸浸泡法兩種。

1.1 熱酸浸泡法

該方法由美國材料實驗協會制定，并成為當前抗晶間腐蝕性能評定的重要標準方法。具體來說，包括硫酸-硫酸銅-銅屑法、硝酸-氟化物法、沸騰硝酸法。在實際的檢測過程中，這些方法可以在很短的時間里檢測到材料在某些工作環境中的晶間腐蝕，所以不同種類的不銹鋼有其相應的實驗方法及實驗條件。

硫酸-硫酸銅-銅屑測試法實際上是對傳統的硫酸一硫酸銅法的改進和完善。是當前技術水平下，檢驗敏化不銹鋼晶間腐蝕敏感性過程中較為常見的一種方法。在實際的操作中，通過實驗溶液浸泡試樣16h，然后進行180°彎折實驗來對其晶間裂紋情況進行檢查，從而獲得材料抗晶間腐蝕性能數據，是一種較為典型的破壞性檢測方法。

沸騰硝酸法是1930年Huey提出。該方法在實際的應用過程中有著非常嚴苛的操作條件，但是不僅能夠在貧鉻區、σ相、等物質中應用，甚至也同樣可以檢測非金屬雜質的抗腐蝕性水平，因此在很多對檢測精度要求較高的材料的檢測中較為常見。

1.2 電化學法

這種方法由于在實際的應用過程中具有良好的適應性并且簡單快捷，所以已經成為當前階段材料腐蝕檢測中最為常見的一種方法。隨著電化學方法在晶間腐蝕檢出方面研究的不斷深入，其檢出率也得到了不斷的提升。當前階段，電化學法在不銹鋼晶間腐蝕方面檢測，包括目草酸電解浸蝕法、掃描參比電極技術、陽極極化曲線二次活化峰法等等。

1953年，Streicher提出的草酸電解浸蝕主要是通過對草酸腐蝕處理過后的材料進行顯微鏡檢查的方式來測定材料的抗晶間腐蝕性能的。

1959年，Clerboirs首次發現經敏化處理18-8不銹鋼在2mol/dm3H2SO4溶液中測定陽極極化曲線時，在0.14-0.24V范圍內出現了第二個活化峰而在退火狀態下或Nb穩定化的18-8不銹鋼的陽極極化曲線上并未出現這個活化峰。1980n年Smialowskal創造性的提出了陽極極化曲線二次活化峰評定不銹鋼晶間腐蝕敏感性的檢測技術，但是這一技術的有效性尚未得到廣泛的肯定。二十世紀七十年代，Isaacs針對當前探測技術的發展成果，創造性的提出了一種掃描參比電極技術，并將其應用于包括不銹鋼在內多種材料的抗晶間腐蝕性能檢測方面，取得了良好的效果。

電化學動電位再活化法在晶間腐蝕檢測的過程中，表現出操作簡單、檢出率高、檢測速度快等特點，因此也同樣成為當前階段應用最為廣泛的一種晶間腐蝕測定方式。早期的電化學動電位再活化法主要是通過單環實驗完成的，但是這種試驗方法受到所使用電極表面光滑度的影響，后期逐步發展到我們當前所使用的雙環實驗。該測定方法在奧氏體、鐵素體、馬氏體、雙相鋼等材料的晶間腐蝕測定過程中的應用有著較好的表現。

上文中所介紹的各種測定方法，由于熱酸浸泡法檢測時間較長、草酸電解法測量精確度不足、陽極曲線二次活化峰實驗等方法尚未成熟，因此在實際的工業應用中難以滿足需求，這種情況之下，顯然需要對這一問題進行更為深入的分析和探索。

2 晶間腐蝕機理及原因分析

2.1 貧鉻理論

該理論出現時間相對較早，并已經通過大量實踐活動得到了證明，是現階段晶間腐蝕檢測過程中最為重要的基礎性理論。貧鉻理論不僅為奧氏體晶間腐蝕問題的解釋提供了支持，同時在解釋鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕方面也有一定的積極作用，通過分析我們可以發現，鉻濃度和晶粒尺寸之間有著明顯的反比例關系。

2.2 第二相析出理論

第二相析出理論也同樣是當前階段接受度較高的一種理論，主要是被用于對超低碳不銹鋼晶間腐蝕問題的解釋上。由于傳統的界貧鉻理論實際上無法解釋超低碳不銹鋼晶間腐蝕問題，因此出現了該理論。含碳質量分數是當前影響晶間腐蝕基本機理的重要因素，例如高含碳量不銹鋼通常情況下會因為沉淀引起晶間腐蝕，但是如果含碳量過低，雖然沉淀所導致的晶間腐蝕問題得以有效避免，但是又出現了σ相引起的晶間腐蝕的問題。

2.3 晶界吸附理論

上世紀中期，“硝酸十重鉻酸鹽”介質中，經1050℃固溶處理的超低碳18-8型奧氏體不銹鋼等也能產生晶間腐蝕這一問題得到了廣泛的認識，而這一問題的存在，顯然不能用M23C6沉淀引起的貧鉻，那么在實際上我們也同樣無法通過σ相的析出來對其加以有效的解釋。經過大量的實踐研究后人們發現，晶界吸附溶質P等產生電化學侵蝕而造成晶界吸附性溶解所致。金相分析過程中，沉淀物也同樣無法得到有效的檢出，而晶界吸附造成的晶界硬化與晶界腐蝕敏感性之間有著較高的一致性。

上述三種晶間腐蝕理論模型并不相互抵觸，而是相輔相成的，各自適用于不同的合金組織和環境體系。值得指出的是，由于晶間腐蝕的復雜性，目前所提出的機理模型仍不完善，有待進一步的發展這需要對晶界的成分、結構等進行更加深入地研究。

3 結束語

（1）晶間腐蝕是普遍存在的一種腐蝕，其存在對不銹鋼安全使用具有負面作用，會帶來無法估計的經濟事故和人員傷亡。（2）熱酸浸泡法包括硫酸-硫酸銅-銅屑法、沸騰硝酸法、硝酸-氟化物法、硫酸-硫酸鐵法。電化學法包括草酸電解浸蝕法、陽極極化曲線二次活化峰法、掃描參比電極技術以及電化學動電位再活化法。（3）目前常見的導致晶間腐蝕的機理是貧鉻、第二相析出和晶界吸附。