淺析不銹鋼晶間腐蝕形成原因及預防措施

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，具有良好的力學性能、耐均勻腐蝕性能和焊接性能，被廣泛應用于工業(yè)、化工等行業(yè)中。但是據(jù)實際情況來看，雖然不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，依然會出現(xiàn)晶間腐蝕情況，不利于設施的正常應用，尤其是對于石油、化工行業(yè)來說。目前，我國現(xiàn)代化技術發(fā)展迅速，材料領域較之過去有明顯進步，對于不銹鋼晶間腐蝕的防范，應重點從其產生原因方面來制定相應的防范措施。本文中，筆者重點探究了不銹鋼晶間腐蝕的形成原因及預防措施。

關鍵詞：晶間腐蝕;貧鉻;敏化;合金元素

一、不銹鋼晶間腐蝕產生的機理

1.貧鉻理論

所謂的晶間腐蝕指的就是在一種特定的介質內，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，該效應能夠導致晶粒間喪失結合力，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出現(xiàn)晶間腐蝕情況，與鉻元素密切相關，在不銹鋼的生產煉制過程中，在溫度達到400～850℃后，會達到敏化區(qū)間，而此時，奧氏體內會因析出碳化鉻，進而生產貧鉻區(qū)，給晶間腐蝕的發(fā)生形成了隱患。貧鉻區(qū)的產生是不銹鋼晶間腐蝕的重要影響因素，在不銹鋼生產制造過程中，因溫度的升高，碳元素會因溫度的升高而固溶于奧氏體機基體中，在溫度下降時，碳元素會因溫度變化而出現(xiàn)飽和、擴散至晶界的情況，從而會出現(xiàn)析出碳化鉻的情況。總之，可以總結為材料處于特定的腐蝕介質作用下、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，工作于強氧化環(huán)境，會因材料內部的多種雜質元素而出現(xiàn)晶界吸附情況，進而引發(fā)晶間腐蝕情況。

二、預防晶間腐蝕的方法

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，鉻元素是導致晶間腐蝕的主要影響因素之一，且在不銹鋼的生產過程中，因貧鉻區(qū)的產生導致產生了大量的碳化鉻，進而給不銹鋼后期出現(xiàn)晶間腐蝕埋下了隱患。對此，當前在進行不銹鋼生產或選擇不銹鋼材料時，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出現(xiàn)晶間腐蝕情況，也與其晶間腐蝕敏感性有關。鋼材料中存在有許多的元素，鉬、鉻便是其中的主要化學元素，分子、原子狀態(tài)穩(wěn)定，但若是其鉻和鉬的含量較低，那么極有可能會出現(xiàn)晶界處被破壞的鈍化狀態(tài)，因此，當下在不銹鋼的生產中，想要避免晶間腐蝕情況的出現(xiàn)，應當適當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，要想要進一步生產，使得不銹鋼達到奧氏體狀態(tài)，可在提高鉬和鉻含量的基礎上繼續(xù)提升鎳含量。

3.固溶處理

常規(guī)不銹鋼的生產過程中，溫度雖然較高，但整體升溫速度緩慢，在達到晶間腐蝕敏感溫度區(qū)域時進行冷卻，會因溫度降低緩慢而出現(xiàn)碳化鉻大量析出的情況;對此，應當做好相應的固溶處理，即在不銹鋼生產時，迅速將溫度升高至1050℃，隨后快速冷卻至室溫，如此一來，不銹鋼材料進入晶間腐蝕敏感溫度區(qū)域的時間便會極短，進而使得碳化鉻析出量明顯降低甚至未析出。同時，據(jù)調查統(tǒng)計來看，目前各領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)定化元素并進行穩(wěn)定化處理

其實，不銹鋼材料出現(xiàn)晶間腐蝕的原因實質是金屬元素性質穩(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)來預防不銹鋼晶間腐蝕情況的發(fā)生，即增加穩(wěn)定性更強的金屬元素。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，在不銹鋼生產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，會阻礙碳化鉻的生成，進而制約了貧鉻區(qū)的形成，達到了預防晶間腐蝕情況的目的。另外，含鈦元素的不銹鋼雖然不會出現(xiàn)晶間腐蝕情況，但卻會出現(xiàn)刀狀腐蝕，因此在實際的工業(yè)領域中，對其應用范圍較為狹窄，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，在不銹鋼生產時，因鎳元素影響，溫度達到敏化溫度區(qū)間時，也會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過程中，可通過參照其TTS曲線來進行生產。通過各曲線圖可知，時間、溫度、敏感性是影響不銹鋼材料的重要指標，且不銹鋼在降溫時，會有一段時間進入敏化溫度區(qū)域（400～850℃），在這一階段會析出碳化鉻，形成貧鉻區(qū)，這也是導致不銹鋼材料出現(xiàn)晶間腐蝕的直接原因。當下，要從實際出發(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，不銹鋼材料多被應用于石油和工業(yè)領域中，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)實際情況進行相應的焊接、消除應力退火熱處理等操作，若溫度較高，且冷卻速度慢，便會析出大量碳化鉻，對此，在實際應用中，工作人員應重視控制溫度，避免達到不銹鋼材料敏化溫度區(qū)域;而對于消除應力退火熱處理，應當將溫度嚴格控制在<400℃。

7.進行晶間腐蝕的敏感性檢驗

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嚴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，定期進行不銹鋼材料晶間腐蝕敏感性檢驗，對于不合格的容器要及時更換。

三、結語

隨著我國材料領域的發(fā)展，對于不銹鋼晶間腐蝕的防范較之過去有明顯提升，但在實際應用中依然存在有許多的不足，這對大范圍應用不銹鋼材料的企業(yè)來說是一個不好的情況。本文中，筆者重點分析了導致不銹鋼材料出現(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：

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[2]亓晨達，李浩波. 淺析不銹鋼晶間腐蝕形成原因及預防措施[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)新與應用，2016（24）：151.

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