不锈钢晶间腐蚀

《材料腐蚀与防护》结课作业304奥氏体不锈钢的晶间腐蚀报告

班级：成型1303班

：旭男

学号：********

304奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，钢中含Cr约18%、含Ni约8%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。它是一种很常见的不锈钢材料，业也叫做18/8不锈钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，具有良好的易切削性。

304奥氏体不锈钢的防锈性能比200系列的不锈钢材料要强，密度为7.93 g/。它在耐高温方面也比较好，最高可承受1000℃～1200℃。它具有优良的耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，加工性能好且韧性高，被广泛应用。适用于食品的加工储存、家庭用品、汽车配件、医疗器具、化学建材，农业船舶部件等。

304奥氏体不锈钢中最为重要的元素是Ni和Cr，但是又不仅限于这两种元素。对于304奥氏体不锈钢来说，其成分中的Ni元素十分重要，直接决定着它的抗腐蚀能力。它正是因为有足够含量的铬，其保护性氧化膜是自愈性的。当其

薄膜破坏时，重新形成新的保护性氧化薄膜。致使它能进行机械加工也不失去抗氧化性能。然而当金属含铬量不够或某些原因造成不锈钢晶界贫铬，就不能形成保护性氧化膜。这就说明不锈钢之所以不锈，关键在于要有足够的铬和足够的氧。

此外，Ni与Cr配合，在不锈钢中发挥着重要作用。Ni在不锈钢中的主要作用在于其改变了钢的晶体结构，形成奥氏体晶体结构，从而改善和加强Cr 的钝化机理，其抗晶间腐蚀能力得到提高。

304、347、321钢的化学成分表格1(%)

奥氏体不锈钢在许多介质环境中容易发生晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等腐蚀类型。在其中加入不同元素可得到不同特性，加Mo改善点蚀和耐缝隙腐蚀，降低C含量或加入Ti和Nb可减少晶间腐蚀倾向，加Ni 和Cr可改善高温抗氧化性和强度，加Ni改善抗应力腐蚀性能。我查阅了晶间腐蚀的相关资料，因为以前在《金属学与热处理》里接触过晶间腐蚀，而且在《材料腐蚀与防护》的课堂上，自己对晶间腐蚀也更感兴趣。

晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀，遭受这种腐蚀的不锈钢，表面看来还很光亮，但只要轻轻敲击便会破碎成细粒。由于晶间腐蚀不易检查，会造成设备突然破坏，所以危害性极大。奥氏体不锈钢是工业中应用最广的不锈钢之一，多半在约427℃～816℃的敏化温度围，在特定的腐蚀环境中易发生晶间腐蚀，晶间腐蚀也会加快整体腐蚀。

图1 图2

晶间腐蚀的示意图1和显微镜下的图片2

典型的奥氏体不锈钢一般是在固溶处理状态下使用，于常温下腐蚀介质中工作，它的耐蚀性能是基于钝化作用。奥氏体不锈钢含有较高的铬，铬易氧化形成致密的氧化膜，能提高钢的电极电位，因此具有良好的耐蚀性能。当含铬量18%、含镍量8%时，能得到均匀的奥氏体组织，且含铬和镍量越高，奥氏体组织越稳定，耐蚀性能就越好，故通常没有晶间腐蚀现象。但如果再次加热到450℃～850℃或在此温度区间工作，且钢中含碳量超过0.02％～0.03％，又缺少Ti、Nb 等能控制碳的元素时，处于腐蚀介质中往往就可以见到晶间腐蚀现象。

这说明，晶间腐蚀和钢的成分（碳和碳化物形成元素）有关，还与加热条件有关。现已有一些学说对晶间腐蚀现象做了解释，其中腐蚀机理主要有“贫Cr 理论”和“晶界杂质选择性溶解理论”等。

贫Cr理论：C在奥氏体中的饱和溶解度小于0.102%，一般不锈钢的碳含量都高于这个数值。当不锈钢从固溶温度冷却下来时，C处于过饱和状态，受到敏化处理时，C和Cr形成碳化物(主要为)在晶界析出。由于含Cr量很高，而Cr在奥氏体中扩散速率很低，这样就在晶界两侧形成了贫Cr区。即晶界区和晶粒本体有了明显的差异，晶粒与晶界构成活态-钝态的微电偶结构，造成晶界腐蚀。

晶界杂质选择性溶解理论：在强氧化性介质中不锈钢也会发生晶间腐蚀，但

晶间腐蚀不是发生在经过敏化处理的不锈钢上，而是发生在经固溶处理的不锈钢上。对于这类晶间腐蚀显然不能用贫Cr理论来解释，而要用晶界杂质选择性溶解理论来解释。当晶界上析出了σ相(FeCr金属间化合物)，或是有杂质偏析，在强氧化性介质中便会发生选择性溶解，从而造成晶间腐蚀。而敏化加热时析出的碳化物有可能使杂质不富集或者程度减轻，从而消除或减少晶间腐蚀倾向。

另外，晶间腐蚀的机理还有“晶界吸附理论”、“亚稳沉淀相理论”等等。这些理论，彼此并不矛盾，互为补充。晶间腐蚀机理的研究十分重要，可以应用现代检测技术，研究晶间原子结构的改变、断口形貌、化学成分的变化、腐蚀的过程、腐蚀产物的成分以及晶界合金元素的相互影响等，进一步解释晶间腐蚀现象。

在研究304奥氏体不锈钢晶间腐蚀的腐蚀机理后，进一步探讨不锈钢腐蚀的影响因素——化学成分、晶粒尺寸和热处理工艺，而化学成分的影响主要分为以下四点。

（1）C元素的影响：C含量是影响304不锈钢晶间腐蚀主要的因素，304不锈钢抗晶间腐蚀的能力，会随着含碳量的降低而升高。C的质量分数最好低于0.08%，这时晶界中能够析出C的数量较少。在晶界形成碳化物机会也随之减少，不易在晶界处会形成贫铬区。如果C的质量分数超过0.08%，产生晶间腐蚀的倾向就会大大增加。

（2）Cr元素的影响：在奥氏体不锈钢中，Cr含量的增加，在低敏化温度区会加速晶间腐蚀；在高敏化温度区，则会延长产生晶间腐蚀的时间。一般认为，在低于550℃是受Cr的扩散控制，而高于此温度是受碳化物的生成速度控制。因此在温度低时，低C不锈钢也易于敏化。奥氏体不锈钢中Cr的含量应超过13%，如果

更低，则会严重降低抗晶间腐蚀的能力。

（3）Ni元素的影响：在不锈钢中加入Ni，使钢获得完全奥氏体组织。奥氏体不锈钢中，随着Ni含量的增加，残余的铁素体可完全消除，使钢材本身没有形成微电池的能力，这也是避免不锈钢被腐蚀的主要原因。但随Ni含量的增加，会降低C在奥氏体不锈钢中的溶解度，从而使碳化物析出倾向增强，所以Ni含量的增加，会增大晶间腐蚀的敏感性。

（4）Ti、Nb元素的影响：如在不锈钢中的加入Ti、Nb 等与C的结合能力比Cr 更强的元素，能够与C结合合成稳定的碳化物，可以避免在奥氏体中形成贫铬区。Ti是强碳化物形成元素，可形成稳定的TiC，可降低基体的碳含量，稳定Cr含量，最主要的作用是使钢中的C优先与Ti形成稳定的TiC，而无法形成Cr的碳化物，避免出现晶界贫铬现象，增强晶间抗蚀能力。

晶粒尺寸的影响:随着晶粒尺寸的减小，晶间腐蚀速率降低。这是因为晶粒越大，单位体积的晶界面积越大，形成Cr的碳化物越多，贫Cr越严重，因而晶间腐蚀速率更大。另外，晶界的形貌也会影响奥氏体不锈钢的晶间腐蚀的敏感性。

热处理工艺的影响——固溶处理和稳定化处理。

（1）固溶处理：为了保证304奥氏体不锈钢具有最好的耐蚀性，必须使其具有单相奥氏体组织，因此对奥氏体不锈钢进行固溶化处理。固溶处理，就是将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，C固溶于奥氏体中，然后快速冷却至室温，使C达到过饱和状态。强化固溶体，并提高韧性及抗腐蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型，这样就不会在晶界处形成“贫铬区”，也就会降低发生晶间腐蚀的几率。不锈钢在加热过程中，在敏化温度区停留时间越短，发生晶间腐蚀的机会越小。经过固溶处理后，钢中碳化物全部溶于