淺析不銹鋼晶間腐蝕形成原因及預(yù)防措施

繆偉

分類號：TG142.71

摘要：不銹鋼是具有優(yōu)良性能的金屬材料，具有良好的力學(xué)性能、耐均勻腐蝕性能和焊接性能，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工等行業(yè)中。但是據(jù)實(shí)際情況來看，雖然不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，依然會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕情況，不利于設(shè)施的正常應(yīng)用，尤其是對于石油、化工行業(yè)來說。目前，我國現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展迅速，材料領(lǐng)域較之過去有明顯進(jìn)步，對于不銹鋼晶間腐蝕的防范，應(yīng)重點(diǎn)從其產(chǎn)生原因方面來制定相應(yīng)的防范措施。本文中，筆者重點(diǎn)探究了不銹鋼晶間腐蝕的形成原因及預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：晶間腐蝕;貧鉻;敏化;合金元素

一、不銹鋼晶間腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理

1.貧鉻理論

所謂的晶間腐蝕指的就是在一種特定的介質(zhì)內(nèi)，其中存在的晶粒基體、晶界以及晶間化合物能夠形成微電池效應(yīng)，該效應(yīng)能夠?qū)е戮Яｉg喪失結(jié)合力，從而使金屬表面出現(xiàn)了局部的腐蝕。 不銹鋼材料之所以會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕情況，與鉻元素密切相關(guān)，在不銹鋼的生產(chǎn)煉制過程中，在溫度達(dá)到400～850℃后，會(huì)達(dá)到敏化區(qū)間，而此時(shí)，奧氏體內(nèi)會(huì)因析出碳化鉻，進(jìn)而生產(chǎn)貧鉻區(qū)，給晶間腐蝕的發(fā)生形成了隱患。貧鉻區(qū)的產(chǎn)生是不銹鋼晶間腐蝕的重要影響因素，在不銹鋼生產(chǎn)制造過程中，因溫度的升高，碳元素會(huì)因溫度的升高而固溶于奧氏體機(jī)基體中，在溫度下降時(shí)，碳元素會(huì)因溫度變化而出現(xiàn)飽和、擴(kuò)散至晶界的情況，從而會(huì)出現(xiàn)析出碳化鉻的情況。總之，可以總結(jié)為材料處于特定的腐蝕介質(zhì)作用下、不銹鋼具有晶間腐蝕敏感性。

2.晶界吸附理論

若不銹鋼材料為加熱至1050℃的超低碳級不銹鋼，工作于強(qiáng)氧化環(huán)境，會(huì)因材料內(nèi)部的多種雜質(zhì)元素而出現(xiàn)晶界吸附情況，進(jìn)而引發(fā)晶間腐蝕情況。

二、預(yù)防晶間腐蝕的方法

1.采用含碳量低的不銹鋼

從前文中對于不銹鋼晶間腐蝕情況的原因分析來看，鉻元素是導(dǎo)致晶間腐蝕的主要影響因素之一，且在不銹鋼的生產(chǎn)過程中，因貧鉻區(qū)的產(chǎn)生導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的碳化鉻，進(jìn)而給不銹鋼后期出現(xiàn)晶間腐蝕埋下了隱患。對此，當(dāng)前在進(jìn)行不銹鋼生產(chǎn)或選擇不銹鋼材料時(shí)，要重視選擇含碳量少的材料，如可選擇S30403。

2.提高鉻、鉬的含量

不銹鋼材料之所以會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕情況，也與其晶間腐蝕敏感性有關(guān)。鋼材料中存在有許多的元素，鉬、鉻便是其中的主要化學(xué)元素，分子、原子狀態(tài)穩(wěn)定，但若是其鉻和鉬的含量較低，那么極有可能會(huì)出現(xiàn)晶界處被破壞的鈍化狀態(tài)，因此，當(dāng)下在不銹鋼的生產(chǎn)中，想要避免晶間腐蝕情況的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高鉻和鉬元素的含量，降低不銹鋼晶間腐蝕敏感性[2]。另外，要想要進(jìn)一步生產(chǎn)，使得不銹鋼達(dá)到奧氏體狀態(tài)，可在提高鉬和鉻含量的基礎(chǔ)上繼續(xù)提升鎳含量。

3.固溶處理

常規(guī)不銹鋼的生產(chǎn)過程中，溫度雖然較高，但整體升溫速度緩慢，在達(dá)到晶間腐蝕敏感溫度區(qū)域時(shí)進(jìn)行冷卻，會(huì)因溫度降低緩慢而出現(xiàn)碳化鉻大量析出的情況;對此，應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的固溶處理，即在不銹鋼生產(chǎn)時(shí)，迅速將溫度升高至1050℃，隨后快速冷卻至室溫，如此一來，不銹鋼材料進(jìn)入晶間腐蝕敏感溫度區(qū)域的時(shí)間便會(huì)極短，進(jìn)而使得碳化鉻析出量明顯降低甚至未析出。同時(shí)，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)來看，目前各領(lǐng)域中常用的雙相不銹鋼原材料、奧氏體不銹鋼均采用了針對性的固溶處理。

4.加入穩(wěn)定化元素并進(jìn)行穩(wěn)定化處理

其實(shí)，不銹鋼材料出現(xiàn)晶間腐蝕的原因?qū)嵸|(zhì)是金屬元素性質(zhì)穩(wěn)定性不高，尤其是其中的鉻元素，對此，也可從穩(wěn)定化處理的角度出發(fā)來預(yù)防不銹鋼晶間腐蝕情況的發(fā)生，即增加穩(wěn)定性更強(qiáng)的金屬元素。一般情況下，穩(wěn)定化處理過程中可選擇鈮和鈦，此兩類金屬元素穩(wěn)定性強(qiáng)，在不銹鋼生產(chǎn)過程中通過加入鈦或鈮，可以通過其較高的親和力生成碳化鈮或碳化鈦，在其析出后，會(huì)阻礙碳化鉻的生成，進(jìn)而制約了貧鉻區(qū)的形成，達(dá)到了預(yù)防晶間腐蝕情況的目的。另外，含鈦元素的不銹鋼雖然不會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕情況，但卻會(huì)出現(xiàn)刀狀腐蝕，因此在實(shí)際的工業(yè)領(lǐng)域中，對其應(yīng)用范圍較為狹窄，多選用超低碳不銹鋼或低碳不銹鋼。

5.采用雙相不銹鋼

目前，雙相不銹鋼也較為常用，可以有效降低晶間腐蝕情況的出現(xiàn)。雙相不銹鋼指的便是在奧氏體基礎(chǔ)上增加不小于15%鐵素體的鋼材料。要知道，在鐵素體中，含有呈晶界分布的鎳元素，而鎳元素具有降低炭活化度的作用，在不銹鋼生產(chǎn)時(shí)，因鎳元素影響，溫度達(dá)到敏化溫度區(qū)間時(shí)，也會(huì)極大的降低碳化鉻的析出，阻止貧鉻化的情況的發(fā)生[3]。

6.減輕材料的敏化程度

在不銹鋼材料的生產(chǎn)過程中，可通過參照其TTS曲線來進(jìn)行生產(chǎn)。通過各曲線圖可知，時(shí)間、溫度、敏感性是影響不銹鋼材料的重要指標(biāo)，且不銹鋼在降溫時(shí)，會(huì)有一段時(shí)間進(jìn)入敏化溫度區(qū)域（400～850℃），在這一階段會(huì)析出碳化鉻，形成貧鉻區(qū)，這也是導(dǎo)致不銹鋼材料出現(xiàn)晶間腐蝕的直接原因。當(dāng)下，要從實(shí)際出發(fā)，圍繞降低敏化程度來降低晶間腐蝕情況的出現(xiàn)。前文中提到，不銹鋼材料多被應(yīng)用于石油和工業(yè)領(lǐng)域中，大部分以管道材料的形式體現(xiàn)，但管道材料必須要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的焊接、消除應(yīng)力退火熱處理等操作，若溫度較高，且冷卻速度慢，便會(huì)析出大量碳化鉻，對此，在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員應(yīng)重視控制溫度，避免達(dá)到不銹鋼材料敏化溫度區(qū)域;而對于消除應(yīng)力退火熱處理，應(yīng)當(dāng)將溫度嚴(yán)格控制在<400℃。

7.進(jìn)行晶間腐蝕的敏感性檢驗(yàn)

不銹鋼材料一般被作為壓力容器材料，其必須要有較高的安全性，但不銹鋼材料的晶間腐蝕情況便會(huì)嚴(yán)重影響壓力容器的整體安全性，對此，企業(yè)的安全管理部門要重視這一問題，定期進(jìn)行不銹鋼材料晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)，對于不合格的容器要及時(shí)更換。

三、結(jié)語

隨著我國材料領(lǐng)域的發(fā)展，對于不銹鋼晶間腐蝕的防范較之過去有明顯提升，但在實(shí)際應(yīng)用中依然存在有許多的不足，這對大范圍應(yīng)用不銹鋼材料的企業(yè)來說是一個(gè)不好的情況。本文中，筆者重點(diǎn)分析了導(dǎo)致不銹鋼材料出現(xiàn)晶間腐蝕情況的原因以及防范措施，希望可以對不銹鋼材料性能的提升提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]張林陽，鄭虹，宋慶軍，陳兵華，王達(dá)鵬，呂巖. 不銹鋼材料在汽車上的應(yīng)用及其焊接性淺析[J]. 汽車工藝與材料，2020（09）：12-19.

[2]亓晨達(dá)，李浩波. 淺析不銹鋼晶間腐蝕形成原因及預(yù)防措施[J]. 寧波化工，2019（01）：26-28.

[3]余艷妮，張健康，李美歲. 基于不銹鋼堆焊層晶間腐蝕原因淺析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（24）：151.

（唐山三友化工股份有限公司純堿分公司研發(fā)部 河北唐山063305）