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不锈钢的敏化与晶间腐蚀(一)

Test.Wang 2016-11-1 20:40:46 来自PC 复制链接
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      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。
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