奥氏体钢晶间腐蚀机理电子理论研究

钢材发生 晶间腐蚀 的物理本 质。为 了揭示 奥 氏体 钢 晶间腐 蚀 的物理本质 ，本研究采用递归法计算奥 氏体钢的格位 能 、 亲和能等电子 参数 ，用 电子 参数解释 晶 问腐 蚀机 理。从 电
子层 面认 识合 金 晶 间 腐 蚀 的 物 理 过 程 ，为 进 一 步 的 实 验 研
实 验 表 明 Ｃ和 ｃ 是 影 响 奥 氏体 不 锈 钢 晶 间 腐 蚀 最 主 要 的 冈 ｒ 素 。Ｃ 和 Ｃ 形 成碳 化 物 ，在 晶界 析 出 。 由于 碳 化 物 中含 Ｃ ｒ ｒ 量 很 高 ，在 品界 两 侧 形 成 了贫 Ｃ 区 ，因 而 晶 界 区 钝 化 性 能 ｒ 与 品粒 不 同 ，使 品界 区 和 品粒 有 了 明 显 的 差 异 ， 品粒 与 品 界 构 成 活 态 一钝 态 的 微 电 偶 结 构 ，造 成 晶 界 电 化 学 腐 蚀 。 Ｎｉ 降 低 Ｃ在 奥 氏体 中 的溶 解 度 ，并 促 进 了碳 化 物 的 析 出 能 和 长 大 ，增 加 会 增 加 晶 间腐 蚀 敏 感 性 。Ｔｉ Ｎｂ能 够 部 分 和 抑 制 碳 化 物 的 形 成 ，减 轻 贫 Ｃ 程度 ，从 而提 高 钢 材 抗 晶 问 ｒ
Ｎｉ 提高奥 氏体钢 晶界 区固溶 Ｃ的格位能 ，降低 Ｃ在 奥
腐蚀 的能力 。Ｐ和 ｓ在 晶界 分布 ，一 般认 为它们作 为杂 质
元 素 ，易 形 成 第 二 相 ，发 生 选 择 性 腐 蚀 一 】 。
从实验方 面对奥 氏体 不锈钢 展开 的研究 ，虽 然能在 一
定 程 度 上 了解 不 锈 钢 的 腐 蚀 问 题 ，但 并 不 能 从 源 头 上 认 识
２ １ 年 ・ ２期 ０２ 第
技术与研究
中国材料科 技与设备 （ 双月刊）
奥 氏体 钢 晶 间 腐 蚀 机 理 电子 理 论 研 究
刘贵立 ，刘延超
（ 阳工 业 大 学 建 筑 工 程 学 院 ，辽 宁 沈 沈 阳 １ ０ ２ ） １０ ３
摘 要 ： 用递 归法计算 了奥 氏体钢的杂质掺入 能 、格位 能、亲和 能等 电子 结构参数 ，建 立电子参数与奥 氏体钢 晶间腐 采
０ 引 言
奥 氏体 不 锈 钢 在 Ｔ 业 中应 用 非 常 广 泛 ， 南 于 在 敏 化 温 度 （２ ℃ － ８ ６ ）范 围 内易 发 生 晶 问 腐 蚀 ，使 其 应 用 受 ４７ １℃
到一定 限制 。晶间腐 蚀是发 生在 晶界 的局 部腐蚀 ，腐 蚀发
生 后 不 易 察 觉 ，金 属 表 面 依 然 光 滑 、明 亮 ，但 金 属 已 变 脆 弱 ，经 不起 轻 轻 敲 打 便 会 破 碎 ，造 成 经 济 损 失 或 事 故 ，危
晶 间腐 蚀 敏 感 性 。Ｎｂ和 Ｔｉ 降低 Ｃ 的格 位 能 ，抑 制 （ ｒ ｅｚ ６ 形 成 ，提 高奥 氏 体 钢 的 抗 晶 间 腐 蚀 能 力 。 Ｃ ，Ｆ ） Ｃ 的 。 关 键 词 ：递 归法 ；晶 间腐 蚀 ；奥 氏 体 不锈 钢 中 图分 类 号 ：（６ ７ ）４ 文 献标 识 码 ：Ａ
害很大 。因此 ，奥氏体不锈钢 晶间腐蚀 一直 是人们 关注 的
重 点 问 题 ，众 多 研 究 者 对 其 开 展 了 广 泛 的研 究 工 作 。 关 于 奥 氏体 不 锈 钢 品 间 腐 蚀 的 实 验 研 究 很 多 ，一 般 认
—
为腐蚀是 由晶界 贫 Ｃ 和 晶界杂 质选择 性Βιβλιοθήκη Baidu解 造成 的 】 ｒ 。
究 提 供 科 学依 据 。
２ 杂质元素 Ｓ和 Ｐ在 晶界 的偏析行为
表 １ Ｓ和 Ｐ分 别 在 晶 内 与 晶 界 的 格 位 能 。 格 位 能 是 是
原子在金属 中具体点位 所拥有 的格点能 量 ，其高 低可 以决
定 原 子 在 该点 位 的稳 定 性 。根 据 能 量 最 小 原 理 ，当 格 位 能
１ 计 算 模 型 与 方 法
奥 氏 体 是 面 心 立 方 晶 体 结 构 ，其 晶 格 常 数 为 ０ ３ ６ ２ ． ５０
较低时原子稳定性较高 。由表 １可见 Ｓ和 Ｐ在 晶 内的格 位 能高 ，在 晶界 的格位 能较低 ，因此 ，Ｓ和 Ｐ在 晶内稳定 性
基 金项 目 ：辽 宁省 ｆ然 科 学 基 金 资 助项 日 （０ ０ １ ３ ；沈 阳 市科 技 计 划 基 金 资 助 项 目 （０ ２２ １０ ＝ Ｊ ２ １２ ７ ） １７ ０ ６ ０ ）
蚀 关 系 ，探 索 晶 间 腐蚀 机 理 。研 究表 明 ：奥 氏体 钢 中 Ｓ和 Ｐ由 晶 内 向 晶界 扩 散 ，恶 化 晶 界 稳 定 性 ，且使 电 子从 晶 界 流 向 晶 内 ，造 成 晶 界 与 晶 内产 生 电位 差 ，形 成 微 电 偶 结 构 ，发 生 晶 间腐 蚀 。Ｃ 和 Ｃ 具 有 较 强 亲 和 力 ， 能 在 奥 氏体 钢 晶 界 形 成 ｒ （ ，Ｆ ）ｓ 相 。Ｎｉ 高 Ｃ 的格 位 能 ，降低 Ｃ在 奥 氏体 中 的 固溶 度 ，促 进 （ ｒ ｅ ｚ 的 形 成 与 长 大 ，增 加 奥 氏体 钢 的 Ｃｒ ｅｚ 提 Ｃ ，Ｆ 。。 ）
＊作者简介：刘贵立 （９ ３ ，男，博士 ，教授 ，主要从事复合材料方面的研究。Ｅｍａｌ ｉｇ ｉ＠ｓ ｃｍ；刘延超 （ ９ ６ ） １６ ～） － ｉ ｕ ｕｌ ｉａ ｏ ：ｌ ｉ ｎ． １８ ， 男，硕士 ，主要从事复合材料方面的研究。Ｅｍａ ：ｌ ｙｎ ｈｏ ｃｏ＠１ ３ｃｍ — ｉ ｉ ａ ｃａ． ｏ ｌ ６ ． ｏ ｌ ｕ
２１ ０ ２年 ・ ２ 第 期
技术与研究
中国材料科技与设备 （ 双月刊）
之 间 有 相 互 作 用 ， 能 生 成 Ｃ、Ｃ 化 和 物 。这 与 实 验 结 果 ｒ
一
使晶界贫 Ｃ ，造成 晶界 与 晶 内形成 活态 一钝态 微 电偶 结 ｒ
致。
构 ，使奥 氏体钢发生晶间腐蚀 。