奥氏体不锈钢的晶间腐蚀
自上其纪二七年代工业界采用奥氐体不锈钢以来，发现这类钢焊接质温度为450°C~800°C的热影区在许多众质中产生晶间腐蚀。这些介质主要是热的浓度为50%~65%的硝酸，含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等。后来发现这类钢在450°C~800°C工作，或在该温度下进行时效处理(或保温或缓慢冷却)时，也会得到由于焊接加热的同样效果。这种时效处理会导致不锈钢晶间腐蚀的敏感性，所以又称敏化处理。而把容易引起晶间腐蚀的温度区间450°C~800°C称为敏化温度。
近年来的研究证明，这种腐蚀形式不仅在铬钢、铬镍钢中存在，而且在镍、铜、铝基合金中也存在。晶间腐蚀产生的原因是晶界和晶内的化学成分不均匀性。在不锈钢和镍基合金中，晶间腐蚀的机制可以分为三种基本类型: - -是腐蚀与保证材料在该介质中耐蚀的元素沿晶界区贫化有关;二是腐蚀与沿晶界析出物的化学稳定性有关;三是腐蚀由降低基体耐蚀性的表面活性元素沿晶界偏析所引起。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是在敏化温度区间内容易导致沿晶界析出连续网状富铬的(Cr,Fe)23C6。从而使晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约为10-5cm。 在析出(Cr,.Fe)23C6时间不太长的时间内，由于铬的扩散速度较慢，贫铬区得不到恢复。贫铬区的产生使得晶界附近的铬含量被降低到n/8量限度以下，因而贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。若在敏化温度范围内长期加热，则可通过铬的扩散消除贫铬区，晶间腐蚀倾向可以被消除。
由于钢的耐蚀性和碳化物反应有关，显然， 在奥氏体钢中碳的含量和它的热力学活性，决定着钢的晶间腐蚀倾向。对于碳含量，由于Cr18Ni9钢中的奥氏体在600°C以下C的溶解度为0.02%，此时几乎没有(Cr,Fe)23C6析出。实际上当Cs0.03%时即不发生晶间腐蚀。所以解决不锈钢晶间腐蚀倾向的最有效办法是生产超低碳不锈钢，使钢中C≤0.03%，如00Cr1 8Ni10钢。对于影响C的热力学活性的元素，凡是提高C的活性的元素(如镍、 钴、硅)都促进形成晶间腐蚀;凡是降低C的活性的元素(锰、钼、钨、钒、铌、钛)都阻碍形成晶间腐蚀。为此常在奥氏体不锈钢中加入强碳化物形成元素钛或铌，形成稳定的TiC或NbC,固定钢中的C。如1Cr18Ni9Ti、 1Cr1 8Ni11Nb等。
钢中有10%~50%体积的6铁素体，可以改善奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。由于6铁素体在500°C~800°C间发生相间沉淀，(Cr,Fe)23C6在6/γ相界6相-侧析出呈点状，排除了在奥氏体晶界析出(Cr,Fe)23C6，且6相内铬的扩散系数比Y相内高103倍，不致产生贫铬区。必须指出的是，不仅析出碳化铬会引起晶界的贫铬，析出氮化铬、0相也会引起晶界的贫铭总之，为了防止奥氏体钢的晶间腐蚀倾向,通常可以在钢的成分设计和热处理工艺上采取以下措施:
在钢的成分设计上，-方面降低钢中的碳含量;另一方面在钢中加入稳定的碳化物形成元素(Ti、 Nb)，析出特殊碳化物，消除晶间贫铬区。为此，钛或铌在钢中的含量分别为: 0.8%2Ti25(C%-0.02%)， 1 .0%2Nb210(C%-0.02%)。此外，钢中还需严格限制氮、磷、硅、硼等杂质元素含量。
在热处理工艺上，奥氏体不锈钢通常采用1050°C~1100°C的淬火(固溶处理)，以保证固溶体中碳和铬的含量。对于非稳定性钢进行退火，使奥氏体成分均匀化，消除贫铬区;对于稳定性钢，将铬的碳化物转变为钛、铌的特殊碳化物，保证耐蚀所需要的固溶体含铬水平。
不锈钢产生晶间腐蚀的影响因素
(1) 加热温度和加热时间的影响 加热温度和加热时间对18—8型不锈钢晶间腐蚀的影 响， 当加热温度小于450~C或大于850%n~，不会产生晶间 腐蚀。因为温度小于450% 时， 由于温度较低， 不会形成 碳化铬。当温度超过850℃ 时， 由于温度扩散能力增强， 有足够的铬扩散至晶界和碳结合，不会在晶界形成“贫铬 区”：所以产生晶间腐蚀的温度是在4500(3-850~(2之间，这 个温度区问就成为产生晶间腐蚀的“危险温度区” (又称 “敏化温度区”).其中尤以650为最危险。焊接时，焊缝两侧 处于“危险温度区”的地带最容易发生晶间腐。即使是焊缝 由于在冷却过程中其温度也要穿过“危险温度区”，所以也 会产生晶间腐蚀。如图2所示。
(2) 冷却 速度的影响 不锈钢焊 接接头在“危险 温度区”停留在 时问越短，接头 的耐晶问腐能 力越强。所以不 锈钢焊接时，快 速冷却是提高 ～ ～ 时一 I 55o℃ I 一 s5o℃ 图2加热温度和加热时间对晶间腐蚀的影响 ≥ ; 。 酒圈隧蠡- 研究与 接头耐腐能力的有效措施。
(3)含碳量的影响 碳是造成晶体间腐蚀的主要元素，碳含量在0.08%以 下时，能够析出碳的数量较少， 碳含量在0.08% 以上时， 能够析出碳的数量迅速增加。随着不锈钢中含碳量的增 加，在晶界生成的碳化铬随之增多，结果就使得在晶界形 成“贫铬区” 的机会增多， 导致产生晶间腐蚀的倾向增 加，所以碳是抗晶间腐蚀最有害的元素。 奥氏体不锈钢根据含碳量的不同，分成三个等级：一 般含碳量(toc<0.14%)、低碳级(toe<0.06%)和超低碳级 (toe<0.03%)，因为室温时，奥氏体中能溶解最大的碳，其 质量分数为0.02% .03% ，所以超低碳奥氏体不锈钢如果 材料化学成份合格原则上就不会产生晶间腐蚀， 如 00Crl9Nil1、00Crl8Ni等。焊接这类钢时， 因该采用超低 碳不锈钢焊丝，如H00Cr21Ni10。
(4)金相组织的影响 不锈钢的金相组织如果是单相奥氏组织体，则其抗晶 间腐能力较差。如果组织中同时还有一定数量的铁素体存 在，形成奥氏体加铁素体的双相组织，会大大提高抗晶间 腐的能力。 双相组织对抗晶间腐蚀的有利作用如图3所示。单相 a)单相(奥氏体)组织b)双相(奥氏体+铁素体)组织 图3 双相组织对抗晶间腐蚀的影响 组织的焊缝由于柱状晶发展较快， 晶间夹层厚而连续，析 出碳化物后，贫铬区贯穿于晶粒之间，构成侵蚀性介质的 腐蚀通道。双相组织的焊缝， 由于树枝晶粒打乱了柱状晶 的生长，晶间夹层分散而不连续，并且由于铁素体中铬的 质量分数远高于奥氏体，碳化铬等化合物优先在铁素体的 边缘以内析出，因而不致在晶界形成贫铬区。即使形成了 贫铬区，也容易从临近的高铬铁素体中，及时得到铬的补 充。因此这种双相组织会大大提高抗晶间腐的能力。
(5)热处理工艺的影响 通过热处理可以消除贫铬区，稳定金属组织，可有效 地减少晶间腐蚀的产生。
(6)其它元素的影响 如在不锈钢中的加入钛、铌等与碳的结合能力比铬更 强的元素，能够与碳结合合成稳定的碳化物，可以避免在 奥氏体中形成贫铬区。这些元素称为稳定剂，并且钛和铌 还是形成铁素体的元素，加入后会促使形成双相组织。所 以，通过添加这些元素也可以减少晶间腐蚀的产生。