不锈钢晶间腐蚀问题

不锈钢晶间腐蚀问题

晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀是在金属（合金）表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。

许多金属（合金）都具有晶间腐蚀倾向。其中不锈钢、铝合金及含钼的镍基合金晶间腐蚀较为突出。如有应力存在，由晶间腐蚀转变为沿晶应力腐蚀破坏。贫化理论认为，晶间腐蚀是由于晶界析出新相，造成晶界附近某一成分的贫乏化。如奥氏体不锈钢回火过程中（400-800℃）过饱和碳部分或全部以Cr23C6 形式在晶界析出，造成碳化物附近的碳与铬的浓度急剧下降，在晶界上形成贫铬区，贫铬区作为阳极而遭受腐蚀。对于低碳和超低碳不锈钢来说，不存在碳化物在晶界析出引起贫铬的条件。但一些实验表明，低碳，甚至超低碳不锈钢，特别是高铬、钼钢，在650-850℃受热时，在强氧化介质中，或其电位处于过钝化区时，也发生晶间腐蚀。铁素体不锈钢在900℃以上高温区快冷（淬火或空冷）易产生晶间腐蚀。即使极低碳、氮含量的超纯铁素体不锈钢也难免产生晶间腐蚀。但在700-800℃重新加热可消除晶间腐蚀。由此可见，铁素体不锈钢焊后在焊缝金属和熔合线处易产生晶间腐蚀。18Cr-9Ni 钢在温度高于750℃时，不产生晶间腐蚀，而在600-700℃区间，晶间腐蚀倾向最严重。当温度低于600℃时，需长时间才能产生晶间腐蚀倾向，温度低于450℃时基本不产生晶间腐蚀倾向。

检验某种钢材是否有晶间腐蚀倾向，一般采用敏化处理工艺。钢材加热到晶间腐蚀最敏感的，恒温处理一定时间，这种处理工艺称为敏化处理，产生晶间腐蚀最敏感的温度叫敏化温度。18-8 不锈钢最敏感温度为650-700℃，产生晶间腐蚀倾向所需要的最短时间为1-2小时。

不锈钢中，除了主要成分Cr、Ni、C 外，还含有Mo、Ti、Nb 等合金元素。它们晶间腐蚀的作用如下：1．碳：奥氏体不锈钢中碳量越高，晶间腐蚀倾向越严重，导致晶间腐蚀碳的临界浓度为0.02%（质量分数）。

2．铬：能提高不锈钢耐晶间腐蚀的稳定性。当铬含量较高时，允许增加钢中含碳量。例如，当不锈钢中铬的质量分数从18%提高到22%时，碳的质量分数允许从0.02%增加到0.06%。

3．镍：增加不锈钢晶间腐蚀敏感性。可能与镍降低碳在奥氏体钢中的溶解度有关。

4．钛、铌：都是强碳化物生成元素，高温时能形成稳定的碳化物TiC 及NbC，减少了碳的回火析出，从而防止了铬的贫化。

防止晶间腐蚀的措施：（1）降低含碳量。当钢中碳的质量分数在0.03%以下时，即使在700℃较长时间回火也不会产生晶间腐蚀。（2）加入固定碳的合金元素。对含Ti、Nb 元素的18-8不锈钢，在高温下使用时，要经过稳定化处理。即在常规的固溶处理后，还要在850-900℃保温1-4 小时，然后空冷至室温，以充分生成TiC 及NbC。（3）固溶处理。固溶处理能使碳化物不析出或少析出。但对含Ti、Nb 的不锈钢还要进行稳定化处理。（4）采用双相钢。采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶间腐蚀。由于铁素体在钢中大多沿奥氏体晶界分布，含铬量又较高，因此，在敏化温度受热时，不产生晶间腐蚀。

蓝点试验法

蓝点试验法是检验不锈钢表面酸洗钝化质量的方法，其原理是检测不锈钢表面是否有铁离子污染。铁离子在不锈钢表面形成原电池，会使不锈钢发生电化学腐蚀。

蓝点检验具体方法是：用1克铁氰化钾K3[Fe(CN6)]加3毫升(65%~85%)硝酸HNO3和100毫升水配制成溶液（宜现用现配）。然后用滤纸浸渍溶液后，贴附于待测表面或直接将溶液涂、滴于待测表面，30秒内观察显现蓝点情况，有蓝点为不合格，无蓝点为合格。该试验需待酸洗钝化表面基本干燥后进行。

不锈钢表面钝化膜不完善或有铁离子污染，就会有游离的铁离子存在，那么即可发生如下反应：2Fe+K[Fe(CN6)]=KFe[Fe(CN6)]↓深蓝色+2K

蓝点检验法一般应用于不锈钢化工容器制造，这是一种非常严格的检验方法，为使检验通过，必须严格遵守工艺规程，我们建议：

1.不锈钢放置要有专用的场地，一定要铺木板或橡胶皮，严禁与碳钢混放；

2.各类加工设备，如滚板机、剪板机台等要进行清洗处理，滚轴、压角要涂刷清漆，保证不锈钢不与碳钢直接接触；

3.工装夹具采用不锈钢材料或衬垫不锈钢；

4.酸洗的钢丝刷要用不锈钢材质钢丝刷；

消氢热处理，也称后热处理。即在焊后将焊件加热到250～350℃，保温2～6小时，目的是使焊缝中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和热影响区中的氢含量，防止产生冷裂纹。

一般淬硬倾向较大的材料，焊后需要消氢热处理，以免出现冷裂纹。

防止氢腐蚀的途径有:

一是降低降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯铁，可以完全消除氢腐蚀产生的根源；二是采用抗氢钢，在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素，形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有：15CrMoR、14Cr1MoR等。

顺便说说延迟裂纹和再热裂纹。

1 延迟裂纹

1.1 延迟裂纹的定义：焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。

1.2 有延迟裂纹倾向的材料

16MnR、15MnVR（鞍钢研制，现基本不生产了）、15MnNbR、18MnMoNbR（不好购买）、13MnMoNbR（仿制日本的BHW35，是单层厚壁用钢，焊接性能好但价格高）、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列钢。

2 热裂纹

2.1 热裂纹定义：焊接过程中在300℃以上高温下产生的裂纹为热裂纹。热裂纹一般有在稍低于凝固温度下产生的凝固裂纹，也有少数是在凝固温度区发生的裂纹。

2.2 热裂纹产生的原因

热裂纹的产生原因是焊接拉应力作用到晶界上的低熔共晶体所造成的。焊接应力是产生裂纹的外因，低熔共晶体是产生裂纹的内部条件。焊缝中偏高的S与Fe能形成低熔点共晶体，所以偏高的S是主要因素。