不锈钢的腐蚀现象及影响因素()

5 不锈钢的晶间腐蚀 所谓晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中 ，并在高 温环境下由于晶界合金元素的贫化，沿着材料的晶粒间界 受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现 象。以奥氏体不锈钢为例，在焊接时，焊缝两侧 2～3 毫 米处可被加热到 400～910℃，这就是所谓的晶间腐蚀敏 化区，有铬和钼相析出而出现贫化。不锈钢抗晶间腐蚀能 力因其金相组织和化学成分的不同而有所不同，如：奥氏 体不锈钢和双相不锈钢晶间腐蚀的敏化温度范围是 400～ 850℃；而铁素体不锈钢则在 850℃以上。腐蚀从表面沿 晶界深入金属内部，外表看不出腐蚀迹象，但金相观察晶 界呈现网状腐蚀。
参考文献 （1）宋涛哲 《腐蚀电化学研究方法》 化学工业出版社 1988 年 12 月 76～79 页 （2）傅积和 《化纤化工设备防腐蚀》 纺织工业出版社 1985 年 3 月 11～17 页 （3）周静妤 《防腐技术》 化学工业出版社 1988 年 12 月 17～47 页 （4）冈毅民 《中国不锈钢腐蚀手册》 1992 年 6 月 冶金工业出版社 189～229 页 （5）邵祖光 《炼油厂设备加热炉设计手册》第四分篇 中石化规划院 141～142页 （6）左景伊 《腐蚀数据手册》 1985 年 8 月 化学工业出版社 19～ 29 页 （7）史美堂 《金属材料及热处理》 上海科学技术出版社 1985 年 10 月 31～33页
1，前言 通常所说的不锈钢是不锈钢、耐酸钢及耐热钢的 总称。具体来说，不锈钢是指在空气中能抵抗腐 蚀的钢;耐酸钢是指在某些化学介质中能抵抗腐蚀 的钢，而耐热钢则是指在高温下抗氧化、抗蠕变 并耐一定介质腐蚀的钢。从工程来看，不锈钢不 是在任何情况下都具有较好的耐蚀性，在一定条 件下可能出现点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、晶间 腐蚀等现象。如：不锈钢在腐蚀性介质和拉应力 共存的条件下，可能产生应力腐蚀；在腐蚀性介 质和高温环境共存的条件下，还可能产生晶间腐 蚀。后两种腐蚀其隐蔽性和危害性远大于其它腐 蚀，往往会造成重大的工程事故。不锈钢抗腐蚀 能力因其金相组织和化学成分（主要是合金元素） 的不同而有所不同。下面分别介绍上述各种腐蚀 产生的原因及影响因素。
可以看出，产生晶间腐蚀 倾向是在一定的温度范围 内，并和加热时间有关。 在某一段温度范围内会产 生晶间腐蚀倾向，若加热 时间短，则碳化物来不及 析出，若加热时间长，则 因铬的扩散使含量成分趋 于均匀，这样都不会形成 晶间腐蚀倾向。
6，结语 上述介绍不锈钢的各种腐蚀产生原因和防 腐措施，都是基于单一腐蚀机理而言的。 在工程的实际应用过程中，往往同时存在 两种或两种以上的腐蚀机理，所以在不锈 钢的选材时要充分考虑各类腐蚀的综合影 响结果，合理选材。
不锈钢的腐蚀现象及影响因素
路永力 抚顺市诚信石化工程建设监理公 司 113006 王惠辰 抚顺投资工程管理中心 113006
摘 要：一般情况下不锈钢具有较好的耐腐蚀性， 但在特殊的操作工况下，此材料不但不能有效的 抵抗腐蚀，而且还会出现诸如点蚀、缝隙腐蚀、 应力腐蚀、晶间腐蚀等现象，而应力腐蚀、晶间 腐蚀会给工程带来重大的安全隐患。本文分别介 绍以上各种腐蚀的机理及不锈钢在化学介质中的 抗腐蚀性，并重点介绍晶间腐蚀产生的原因。 关键词：不锈钢；腐蚀
2，不锈钢的点蚀 点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀，不锈钢点蚀是在特定 的腐蚀介质中发生的。通常发生在含有卤素阴离 子的溶液中，其中以氯化物、溴化物侵蚀性最强， 是不锈钢常见的局部腐蚀之一。点蚀经常发生在 不锈钢表面的钝化膜（主要是铬在氧化性介质中 生成的氧化膜）上，而不锈钢的耐蚀性主要决定 于保护性的钝化膜。虽然点蚀范围比较小，一旦 发生其腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔。 另外，在很多情况下点蚀有产生晶间腐蚀、应力 腐蚀的潜在危害。
5.1 晶间腐蚀产生的原因 产生晶间腐蚀的原因很多，一般认为是由于晶界合金元素 的贫化。不锈钢中含有一定量的铬和钼等可钝化元素才具 有耐腐蚀性，如果在晶界有富铬和富钼相析出，这些相的 主要成分为 M2 3C6，M7C3（M 代表铬、钼、铁），析 出相中铬含量高达 95％，则沿晶界就产生一个贫铬和贫 钼区( 1 )。当贫化区的铬和钼含量降至钝化所需的极限含 量（如铬含量在 11％）以下时( 2 )，在适合的腐蚀溶液中 就形成“碳化铬（阴极）- 贫铬区（阳极）”电池，使晶 界贫铬区产生腐蚀。另一种看法认为产生晶间腐蚀的原因 是由于在晶界产生一些沉淀物，如σ相，这些沉淀物在腐 蚀介质中首先被腐蚀而引起晶间腐蚀。较为人们接受的是 合金元素在晶界贫化的理论。
5.2 影响晶间腐蚀的因素 碳（C ）元素的影响。含碳量愈高，碳化物形成的就多， 铬的消耗量就大，使得晶间腐蚀倾向渗入晶界的深度加大。 铬（C r ）元素的影响。铬含量增加时，有利于贫铬区与 富铬区含铬量的平衡，从而降低了晶间腐蚀的敏感性。镍 （N i ）元素的影响。镍含量增加可降低碳在奥氏体钢中 的溶解度，并可促进 M C 的析出和成长速度，因此镍是 加速晶间腐蚀的元素。钛（T i ）和铌（N b ）的影响。钛 和铌与碳的亲和力较强，能够生成稳定的 T i C 和NbC， 以避免碳与铬结合形成碳化铬，从而减少了晶界贫铬区的 产生，因此它们被称为稳定化元素。热处理制度的影响。 由于碳和铬的扩散速率不同，晶间腐蚀倾向受加热温度和 加热时间两个因素的影响。图 5.2 为 1Cr18Ni9 铬镍不锈 钢晶间腐蚀倾向与温度和时间的关系。
4 不锈钢的应力腐蚀 不锈钢在特定的腐蚀性介质和拉应力（外力或焊 接、冷加工等产生的残余应力）的同时作用时会 出现低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐 蚀。这种腐蚀发生的时间短，破坏性极大。先是 由于腐蚀性介质的作用，在不锈钢的腐蚀敏感部 位形成微小坑陷，而后在残余应力的作用下产生 微观裂纹，且裂纹扩展很快，最终腐蚀开裂。这 氯离子溶液等；腐蚀敏 感部位是指活化- 钝化过渡区，即钝化膜不完整的 电位范围。
4 . 1 应力腐蚀产生的原因 应力腐蚀发生的初期与点蚀和缝隙腐蚀相同，都 是在一个对流不通畅的、闭塞的微区内进行的， 也称为闭塞电池腐蚀。微观裂纹一旦产生，在金 属内部就存在一条狭窄的活性通路，在拉应力的 作用下，活性通路前端的膜反复地、间歇地破裂， 腐蚀沿着与拉应力垂直的通路前进。在闭塞区 （裂缝尖端）由于阴离子腐蚀放氢，一部分氢可 能扩散到尖端金属内部引起脆化，发生脆性断裂。 裂缝在腐蚀和脆断的反复作用下迅速前进。
2 . 1 点蚀产生的原因 由于钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均匀性， 当介质中含有某些活性阴离子（如 Cl ）时，首先 被吸附在金属表面某些点上，从而使不锈钢表面 钝化膜发生破坏。由于钝化膜破坏处的基体金属 显露出来使其呈活化状态，而钝化膜处为钝态， 这样就形成了活性 - 钝性腐蚀电池。由于阳极面 积比阴极面积小得多，阳极电流密度大，所以阳 极金属很快腐蚀成小孔。产生点蚀有两个重要条 件，一是金属在介质中必须达到某一临界电位， 二是侵蚀性的卤化物阴离子达到某一浓度。
4 . 2 影响应力腐蚀的因素 氯离子浓度的影响。一般来说，随氯化物浓度的增加， Cr-Ni 不锈钢的应力腐蚀开裂加快，特别 MgCl2最易引起 应力腐蚀破裂，不同氯化物的腐蚀作用是按 Mg2+、Fe3+、 Ca3+、Na3+、Li3+等离子的顺序递减的。介质温度的影 响。温度升高易发生应力腐蚀，但温度过高由于全面腐蚀 却抑制了应力腐蚀。残余应力的影响。在加工制造过程中 所产生的残余应力，对应力腐蚀的影响也是相当大的。合 金元素的影响。镍、硅元素能提高奥氏体不锈钢在 MgCl 溶液中抗应力腐蚀破裂性能；氮、磷、钼等元素会降低不 锈钢在浓氯化物介质中的耐应力腐蚀能力。
3 不锈钢的缝隙腐蚀 这类腐蚀发生在有电解液存在的金属之间、以及金属与非 金属之间构成狭窄的缝隙内，如：不锈钢设备中法兰的连 接处，垫圈、衬板、金属相互缠绕的重叠处，破坏形态为 沟缝状，严重可穿透。它的发生和发展机理与点蚀类似， 是点蚀的一种特殊形态。 3 . 1 缝隙腐蚀产生的原因 在电解液和结构缝隙存在的条件下，缝隙内有关物质的移 动受到了阻滞，形成浓差电池从而产生局部腐蚀；由于电 解质中的 扩散在汽 - 液交界面上形成三相界面而产生强 烈的水线腐蚀，以及形成活化 - 钝化电池的闭塞电池。因 为缝隙内是缺氧区，成为阳极，其后也产生自催化加速作 用，一旦发生就迅速进展。缝隙腐蚀和孔蚀一样，在含 Cl-离子的溶液中最容易发生。