不锈钢的敏化与晶间腐蚀（一）

      奥氏体不锈钢中含有相当量的Cr和Ni，能使高温时稳定的奥氏体一直保持到室温。也即是Ms点（从奥氏体化温度快冷时，马氏体开始形成的温度）在常温以下。Ms点与化学成分有关，一般大部分元素均使Ms点降低，而Al和Co则使Ms点升高。
      但是奥氏体中碳的固溶度，在高温时大，而在低温时小。
      本18-8型钢（SUS-27），在1200℃时碳的溶解度为0.34%，1000℃时为0.18%，因此SUS-27钢含碳量在0.08%以下（通常是0.06~0.07%）时，碳全部固溶于γ中。但是600℃时碳的固溶度是0.02%，常温时更少。因而如果进行慢冷，碳便形成碳化物析出。
      碳析出的原因是，碳原子半径小，超过固溶极限的碳不能存在于奥氏体晶粒内，而沿晶界析出。但是只有这一部分碳是不稳定的，所以便与其周围基体的Cr化合成碳化铬Cr23C6而稳定化。即碳化物沿晶界可能连续析出。因为Cr23C6中有一部分Fe，所以可写成(FeCr)23C6,。按重量%计算，C约与十倍的Cr生成碳化物。因而晶界附近由于C的析出而贫Cr，从而丧失钝态，并且电位也降低，所以只是晶界处于首先被腐蚀的状态。
      由于Cr的原子半径大，很难扩散到这种贫Cr层中，因而产生贫Cr现象。这种状态叫作敏化，维持这种状态叫作敏化处理。这种敏化通常是在固溶处理后，再在500~850℃加热一定时间而产生的。这是由于C的析出、Cr迁移都需要能量的缘故。在500℃以下即使经相当长时间的加热，因为能量不够也不能敏化。再如在850℃以上温度加热，就会固溶。在此温度范围内，低温时敏化需要时间长，而在高温时则时间很短便发生敏化。
      含Ni量高的合金，由于C的固溶度小，故容易敏化。
      如在焊接或其他热加工的场合中，在上述范围内加热一定时间就会发生敏化。
      为了返回到通常的固溶处理状态，需要再次升温到850℃以上，进行快冷。高Cr、Ni的奥氏体不锈钢为达到平衡状态，需要相当长的时间，所以在实际操作时，往往升温到远高于平衡状态的温度，而在短时间内便使碳化物分解固溶。
      敏化的工件，接触腐蚀液时只沿晶界发生腐蚀，并且非常快地便侵入金属内部，结果使晶粒粉化。这就是奥氏体钢的晶间腐蚀，尽管在相当弱的腐蚀液中也发生晶间腐蚀。就是消除加工硬化的热处理，若加热温度或者冷却速度不适当，反而也会敏化而发生晶间腐蚀，所以进行热处理时一定要十分注意正确掌握规范。
      如上所述，晶间腐蚀是由于碳的析出而贫铬所引起的，假如将碳除去或降至极低，而不沿晶界形成连续的贫铬层，就应该能防止晶间腐蚀。因此产生了所谓低碳不锈钢SUS-28、SUS-33（304L、316L），此外为了消除C的危害，添加和C亲和力比Cr强的Ti、Nb形成TiC、NbC来防止C与Cr化合的钢种，这就是稳定化不锈钢SUS-29、SUS-43（329、347）。可是这些钢种在敏化范围内很长时间加热后也发生敏化，这时由于除C以外，N2、O2及其他元素沿晶界析出而引起的。
      因此，低碳不锈钢不能长期用于500~850℃的腐蚀环境中。像焊接等短时间加热的场合，实际上可不发生敏化。稳定化不锈钢，因为比低碳钢能经受更长时间而不敏化，故可在500~850℃长时间使用。