304不銹鋼晶間腐蝕的研究

王亞娜

摘?要： 隨著核電石油化工行業(yè)的發(fā)展，燃料存儲容器和相關(guān)設(shè)備也需要進(jìn)行改造，由于核電石油化工燃料本身具有一定的腐蝕性，因此，其應(yīng)用的設(shè)備必須要具有耐腐蝕性能，而不銹鋼材料本身的耐腐蝕性、力學(xué)性能以及焊接性能比較好，成為當(dāng)前應(yīng)用比較多的金屬材料。但是，不銹鋼也會發(fā)生晶間腐蝕現(xiàn)象，本文以304不銹鋼晶間腐蝕作為研究對象，首先對晶間腐蝕進(jìn)行了闡述，其次提出了一些防腐措施，希望能夠提高304不銹鋼應(yīng)用率。

關(guān)鍵詞： 304不銹鋼;晶間腐蝕;合金

【中圖分類號】TG172.6?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【文章編號】1674-3733（2020）03-0194-01

304不銹鋼使一種應(yīng)用十分廣泛的金屬材料，其耐腐蝕性、耐熱性、焊接性等方面的性能表現(xiàn)優(yōu)越，在石油化工、建筑材料、冶金機(jī)械等方面的應(yīng)用比較廣泛，是當(dāng)前工業(yè)制造行業(yè)應(yīng)用的主要鋼種之一。304不銹鋼為了保證其耐腐蝕性能，其中含有超過18%的鉻元素和超過8%的鎳元素，其中鎳元素使鋼晶體機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，構(gòu)成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使鉻元素鈍化機(jī)理得到改善，提高晶間抗腐蝕能力。

1?晶間腐蝕概述

1.1?概念

在特定腐蝕介質(zhì)中，金屬材料順著材料晶界產(chǎn)生局部腐蝕，這就是晶間腐蝕。晶間腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于晶粒內(nèi)部化學(xué)成分以及晶粒表面之間出現(xiàn)差異，晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)導(dǎo)致的。晶間腐蝕使得晶粒結(jié)合發(fā)生破壞，使金屬機(jī)械強(qiáng)度大幅下降。腐蝕出現(xiàn)后，金屬以及合金表面也有金屬光澤，無明顯的破壞現(xiàn)象，但晶間結(jié)合性能卻在逐漸下降，力學(xué)性能也逐漸降低，無法承受敲擊力，金屬強(qiáng)度已經(jīng)失去，設(shè)備極易發(fā)生突發(fā)性破壞現(xiàn)象，由此可見，這種腐蝕現(xiàn)象十分危險[1]。

1.2?形成

304不銹鋼合金成分主要為鉻和鎳，這兩種元素被添加在不銹鋼中，其中鉻元素使不銹鋼中添加的主要元素，不同不銹鋼所添加的鉻元素都超過13%，而304不銹鋼中添加的鉻元素大約在18%。鉻元素使不銹鋼性能的決定性因素，這是由于鋼中添加鉻元素后，其表面會形成輕薄、透明無色、光滑的氧化物膜，其使鋼氧化能夠得到緩解，提高了其耐腐蝕性。而鎳元素的添加使得鋼晶體結(jié)構(gòu)法發(fā)生變化，提高了鉻元素的鈍化性，使其不銹鋼的抗晶間腐蝕性能有所提升。

不銹鋼晶間腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因體現(xiàn)在其中的鉻元素固溶度會隨溫度上升而上升，在加熱到500-700℃時，平均固溶度不大于0.01%。奧氏體不銹鋼在通過固溶冷卻之后，其中的碳含量處于過飽現(xiàn)象，晶界內(nèi)析出的新相使得周邊鉻元素成分發(fā)生貧乏化，該類鋼的溫度處在敏化溫度區(qū)域，受熱過程中，過飽碳會使晶界擴(kuò)散，晶界上碳將周邊鉻元素消耗掉，并構(gòu)成Cr23C6碳化物，從晶界沉淀中析出[2]。鉻元素擴(kuò)散速度過慢，且無法及時補(bǔ)充，導(dǎo)致晶界出現(xiàn)貧鉻區(qū)，耐腐蝕性下降。當(dāng)鉻元素的含量小于13%時，鋼基體的抗腐蝕性就會降低，進(jìn)而出席晶間腐蝕。因此，晶間腐蝕原因就是晶粒邊界出現(xiàn)了貧鉻區(qū)域，鉻含量下降而導(dǎo)致的一種現(xiàn)象。

2?304不銹鋼晶間腐蝕預(yù)防措施

2.1?加入合金元素

在不銹鋼中加入鈦、鈮等合金元素能夠起到抗晶間腐蝕的作用。鈦、鈮等元素屬于強(qiáng)碳化物元素，其是穩(wěn)定碳化物，能夠起到抗晶間腐蝕作用，其可以添加到不銹鋼內(nèi)。通常來講，晶間腐蝕指的是鉻以Cr23C6形態(tài)被從奧氏體中析出，導(dǎo)致晶界附近出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象，而避免貧鉻現(xiàn)象時抗晶間腐蝕現(xiàn)象的主要方式，在其中添加C周邊元素，尤其是鈮和鈦這兩種元素，其與C的親和力相較于鉻要高，在鋼中添加后可以形成TiC與NbC這兩種形態(tài)，防止Cr23C6析出，導(dǎo)致貧鉻現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而避免出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象[3]。在不銹鋼中加入穩(wěn)定元素后，需要對其實行穩(wěn)定熱處理，進(jìn)而析出穩(wěn)定元素中的鈦和鈮元素，使碳元素固定，降低其在后續(xù)敏化時出現(xiàn)的碳化鉻等現(xiàn)象。

2.2?進(jìn)行固溶淬火處理

固溶淬火處理就是使不銹鋼加熱至1050℃，之后迅速冷卻，其能夠在極短時間內(nèi)利用敏化溫度，將溫度下降至低于400℃，并到室溫溫度，使碳化鉻不會被析出，這樣能夠使材料晶間敏感性下降。304不銹鋼的原材料需要在固溶淬火處理后才能夠交付到實際工程中應(yīng)用。

2.3?降低材料敏化性

按照不銹鋼時間、溫度以及敏感性的曲線關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，若是材料在受熱后迅速冷卻，經(jīng)過敏化溫度區(qū)域時間不長，則碳化鉻析出量就比較少，因此貧鉻現(xiàn)象也不會太嚴(yán)重，晶間腐蝕敏感性也會下降。但是，若是受熱后無法迅速冷卻，則經(jīng)過敏化區(qū)時間就會延長，則碳化鉻析出量就會比較多，貧鉻程度現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致晶間腐蝕敏感性上升[4]。壓力容器制造時，一定會進(jìn)行焊接、熱處理等操作，這就需要制造時必須要盡量不在敏化溫度區(qū)進(jìn)行操作，并對其進(jìn)行消除熱應(yīng)力處理，所有處理不可高于敏化溫度。

2.4?使用低碳量不銹鋼

為了防止鉻碳化物形成，降低晶間腐蝕敏感度，可以將碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到低于0.03%，也形成了超低碳不銹鋼，能夠防止晶間腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)[5]。將不銹鋼中的含碳量降低，可以有效避免晶間腐蝕問題發(fā)生。

結(jié)束語：綜上所述，碳元素作為304不銹鋼晶間腐蝕主要影響因素，其中含量低于0.03%，晶間腐蝕敏感性就會大幅下降，碳元素含量上升，則敏感性就會隨之上升。利用超低碳不銹鋼，使鋼內(nèi)雜質(zhì)降低，并對其進(jìn)行固溶淬火和穩(wěn)定化處理，使304不銹鋼晶間腐蝕現(xiàn)象得以緩解。固溶穩(wěn)定處理后，304不銹鋼耐腐蝕性就會有所提升，在固溶溫度提升到1080℃，再通過穩(wěn)定處理后，其抗晶間腐蝕性就能夠得到有效提升。近年來，隨著我國抗晶間腐蝕研究的成熟，實際生產(chǎn)中，面對其中出現(xiàn)的問題需要綜合考慮選材以及制造等因素，進(jìn)而選擇科學(xué)合理的應(yīng)用方案。

參考文獻(xiàn)

[1]?李海川，汪殿龍，史學(xué)海，等.304不銹鋼焊接接頭火焰矯形后的晶間腐蝕分析[J].熱加工工藝，2018，47（7）：233-236.

[2]?趙亞楠，朱曉宇，劉瑕，等.固溶處理對304不銹鋼晶界特征及腐蝕性能的影響[J].金屬熱處理，2018（11）.

[3]?趙小燕，劉希武，崔新安，等.304L不銹鋼在稀硝酸環(huán)境下的腐蝕研究[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報，2018，038（005）：455-462.

[4]?張朱武，潘光國，蔣艷，等.奧氏體不銹鋼脈沖電流止裂處的晶間腐蝕性能及其評價方法[J].期刊論文，2020，44（3）.

[5]?楊永超，YANGYongchao.304不銹鋼免退火直接冷軋工藝研究[J].軋鋼，2019，36（6）：86-89.