晶间腐蚀的特征
晶间腐蚀是金属在特定的腐蚀介质中,沿着 材料的晶界出现的腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏现象。腐蚀沿着晶界向内部发展,使晶粒间的结合力大大丧失,以致材料的强度几乎完全消失。发生晶间腐蚀的构件,表面腐蚀的很轻微,而内部因腐蚀已造成了沿晶界的网络状裂纹(图6.10) ,使金属的强度大大下降,如果该构件受力的作用,将会造成灾然性破坏事故。另外,晶间腐蚀有时会作为应力腐蚀的先导,所以晶间腐蚀也是常见且危害性大的腐蚀形态之一。
.大多数金属在特定的环境中都具有晶间腐蚀的倾向,研究表明,全属产生晶间腐蚀的内在原因是晶界的物理化学状态与晶内金属的不同,致使晶间界及晶内的电极电位、电化学反应程度不同,从而引起了晶界的加速腐蚀。而晶界与晶内的物理化学状态的不同是由于在晶间及其附近析出了碳化物、氮化物或其他相,或者由于杂质、合金元素在晶界的偏聚。
晶间腐蚀的机理
解释晶间腐蚀的理论模型很多,各种模型均承认晶界区存在局部微观阳极的看法。其原因是晶界区既遭受选择性腐蚀,它必然为阳极,而对阳极区的来源、发展和分布看法的不同,出现了各种腐蚀理论。目前具有代表性的理论模型主要有贫化理论、相沉淀理论和晶界吸附理论等。
奥氏体不锈钢在经400°C ~ 850°C的温度范围内(敏化温度区域)时,会有高铬碳化物(Cr23C6)析出,当铬含量降至耐腐蚀性界限之下,形成了晶界贫铬区,如图6.11所示。晶粒与晶界及其附近区域构成大阴极(钝化)小阳极(化)的微电池;从而加速了晶粒间界区的腐蚀。严重时材料能变成粉末。晶界及其附近贫铬被多数实验数据证实,有人对贫铬区域的大小进行了测量,例如,对于18-8不锈钢,经650C敏化处理,贫铬区宽度约为150~200nm.奥氏体不锈钢焊接时,靠近焊缝处均有被加热到敏化处理温度的区域,因此焊接结构都有受晶间腐蚀而发生破坏的可能。
晶间腐蚀的影响因素
(1)材料成分的影响
合金成分是影响晶间腐蚀的重要因素。以不锈钢为例,无论是奥氏体不锈钢还是铁素体不锈钢,晶间腐蚀的倾向均随碳含量的增加而增大。其原因是,碳含量越高,晶间沉淀的碳化物越多,晶间贫铬程度越严重。
(2)热处理因素的影响
从晶间腐蚀的机理看,晶间腐蚀的敏感性与合金材料的热处理(加热温度、加热时间、温度变化速率)有直接的关系。热处理过程影响晶间碳化物的沉淀,进而影响晶间腐蚀的倾向性。不过晶界沉淀的开始并不意味着晶间腐蚀敏感性的开始,而是存在图6.12所示的关系。
(3)环境因素的影响
由于晶间腐蚀是晶界区或晶界沉淀相选择性腐蚀的结果,因此,凡是能促使晶粒表面钝化,同时又使晶界表面活化的介质,或者可使晶界处的沉淀相发生严重的阳极溶解的介质, 均为诱发晶间腐蚀的介质。例如,不仅强氧化性的浓硝酸溶液能弓|起铬镍不锈钢的晶间腐蚀,而且稀硫酸、甚至海水也能引起晶间腐蚀;工业大气、海洋大气或海水则可引起铜铝合金的晶间腐蚀。那些可使晶粒、晶界都处于钝化状态或活化状态的介质,因为晶粒与晶界的腐蚀速率无太大差异,不会导致晶间腐蚀发生。温度等因素的影响主要是通过晶粒、晶界或沉淀相的极化行为的差异来显示的。
晶间腐蚀的控制
由于证明了18-8型奥氏体不锈钢在敏化状态有贫铬区存在,而这种贫铬区又是由于晶界上析出了碳化铬(Cr23C6)所引起的,这便可以相应地采取避免晶间腐蚀的各种措施。同时L由于证实了18-8型奥氏体不锈钢已经存在着晶界上碳富集的现象因而就可通过加入一 些比铬更容易形成碳化物的元素,如钛、铌等元素以避免形成碳化铬。但因钛稳定不锈钢存在许多问题I突出的是严重地影响连铸坯的质量1因此近年来用钛稳定的不锈钢品种的生产受到了F些限制,同时L人们也尝试利用选择性的晶界吸附L加入比碳更容易吸附在晶界上的合金元素,例如加入一定量的硼来降低晶间腐蚀,这方面已经取得了一些效果。