铁素体不锈钢的应用越来越多,但不锈钢晶间腐蚀试验还缺乏国家标准。介绍了铁素体不锈钢晶间腐蚀的机理,讨论了针对铁素体不锈钢的ASTMA763-93晶间腐蚀试验方法,并对ASTMA763-93未涵盖的低铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀试验方法进行了补充。
随着铁素体不锈钢的应用越来越广,关于铁素体不锈钢晶间腐蚀的问题也越来越突出。目前,对于不.锈钢晶间腐蚀的国家标准仅限于奧氏体不锈钢，而铁素体不锈钢晶间腐蚀的评定还缺少依据,所以有必要对这一问题予以重视。
1、2种不锈钢晶间腐蚀的区别
铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢- -样,也可能发生晶间腐蚀”。对于晶间腐蚀机理,理论研究较多,20世纪60年代中期以来,贫铬理论被广泛地接受和应用。贫铬理论认为,不锈钢发生晶间腐蚀是由晶界贫铬而引起的。碳在高温奥氏体中的溶解度比较大,常用铬镍奥氏体不锈钢中的碳含量可达0. 15%(质量分数)。在高温下溶解了碳的奥氏体不锈钢迅速冷却到室温时,碳就会以过饱和的形式固溶。若再将其加热到适当温度并保温足够的时间,过饱和的碳就会以碳化物的形式沉淀出来，导致不锈钢晶界附近贫铬。在不含Ti和Nb等强碳化物形成元素的奧氏体不锈钢中,Cr23 C。是最主要的碳化物,其沉淀温度为400~950 C。沉淀动力学取决于钢的化学成分和前加工工序,其中影响最大的是碳元素。碳含量的降低使Cr2Cg的沉淀时间推迟,产生了碳化物的温度区间向较低方向移动。
考虑到耐蚀性问题，常用奥氏体不锈钢的含碳量都应低于0.15%(质量分数),因而碳化物的析出温度低于950 C。在较低热处理温度下(650 C),常用奥氏体不锈钢202,304等,在晶界上会有明显的析出物;而在较高的热处理温度下(925 C以上)，晶界则不会有明显的析出物。因此,常用奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的敏感温度约为650 C。
碳在铁素体相中的固溶度远小于它在奥氏体相中的固溶度,而在铁素体相中的扩散速度却远大于在奥氏体相中的扩散速度。在较高热处理温度条件下,碳在铁素体相中的晶界吸附趋势大于奥氏体相,只有极快的冷却速度才能抑制晶界上吸附的碳与紧邻的铬以碳化铬形态在晶界沉淀,从而没有晶间腐蚀。在水淬或空冷的情况下，也无法抑制晶界上吸附的碳与紧邻的铬以碳化铬形态在晶界沉淀,从而使其周围产生贫铬区,故容易产生晶间腐蚀。由于铬在铁素体相中的扩散速度较快,在较低热处理温度条件下,碳化物周围的贫铬区也会很快被铬的扩散消除,不易形成贫铬区，因而发生晶间腐蚀的倾向很小。
由上可知，铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢发生和抑制晶间腐蚀的热处理完全相反。
2、铁素体不锈钢晶间腐蚀检测标准ASTM A763
ASTM A763 - 93( Reapproved 2004)中对于铁素体
不锈钢的晶间腐蚀评定有4种方法
W法:室温的10%草酸( H2C20、)电解浸蚀90 s,J=1 A/cm2
X法:沸腾的50%H2SO, +5.5 g/L Fe(SO,)3。
Y法:沸腾的50%H2SO。+6%CuSO4。
Z法;沸腾的16%H2SO, +6%CuSO, + Cu,24 h。
标准中对于一些铁素体钢的晶间腐蚀方法进行了分类,结果见表1。
以上4种方法,应用最多的是Z法,因为它的试验溶液中硫酸浓度较低，时间较短，结果直观，容易判定晶间腐蚀的敏感性。
由表1可知，该标准只是涵盖了中铬含量和高铬.含量的铁素体不锈钢，而对于低铬含量的铁素体不锈钢,如409L和410L等则没有适用的方法。这是由于低铬铁素体不锈钢耐均匀腐蚀性能较差,ASTM标准中的4种方法对于低铬的铁素体不锈钢来说，都会发生严重的均匀腐蚀,所以是不适用的。
3、低铬铁素体不锈钢晶间腐蚀的试验方法
低铬铁素体不锈钢，如409L和410L,合金含量低，约有11 %Cr,且不含Ni,所以其基体电极电位较低,耐腐蚀能力较差,容易发生均匀腐蚀,ASTM标准中的几种方法对于低铬的铁素体不锈钢都太苛刻。
根据低铬铁素体不锈钢的特性,并参考文献[10,11],对ASTM中的Z法进行了适当修改,试验溶液改为Cu/6%CuSO2/0.5 %H2SO4 ,试验温度从沸腾状态改为60C。以此对409L和410L焊接接头的晶间腐蚀进行评定。试验所用的409L和410L材料为1.2 mm厚的冷轧板,化学成分见表2,焊接方法采用机械TIG自熔焊。
按照修改的不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法进行焊接接头的晶间腐蚀试验,将经过晶间腐蚀试验的试样折弯180°后,用10倍放大镜观察,结果见表3。利用金相法对试验后的410L焊接接头进行确认,发现裂纹沿表面铁素体晶界向内扩展,但不会沿晶界马氏体扩展(见图1)。从试验可知,409L焊接接头没有发生晶间腐蚀,410L焊接接头发生了晶间腐蚀。
4、结论
(1)铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的腐蚀机理不一样,因而其晶间腐蚀试验方法也不一样。
(2)对于高铬或中铬铁素体不锈钢,如444 , 439等,可以采用ASTM标准所推孝的试验方法,但应注意试样的制备。.
(3)对于低铬铁素体不锈钢,如409L和410L等,试验方法采用60 C的Cu/6% CuSO/0.5% H2 SO4溶液,24 h较合适。