淺析不銹鋼晶間腐蝕形成原因及預防措施

繆偉

分類號：TG142.71

摘要：不銹鋼是具有優良性能的金屬材料，具有良好的力學性能、耐均勻腐蝕性能和焊接性能，被廣泛應用于工業、化工等行業中。但是據實際情況來看，雖然不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，依然會出現晶間腐蝕情況，不利于設施的正常應用，尤其是對于石油、化工行業來說。目前，我國現代化技術發展迅速，材料領域較之過去有明顯進步，對于不銹鋼晶間腐蝕的防范，應重點從其產生原因方面來制定相應的防范措施。本文中，筆者重點探究了不銹鋼晶間腐蝕的形成原因及預防措施。

關鍵詞：晶間腐蝕;貧鉻;敏化;合金元素

一、不銹鋼晶間腐蝕產生的機理

1.貧鉻理論

所謂的晶間腐蝕指的就是在一種特定的介質內，其中存在的晶?；w、晶界以及晶間化合物能夠形成微電池效應，該效應能夠導致晶粒間喪失結合力，從而使金屬表面出現了局部的腐蝕。 不銹鋼材料之所以會出現晶間腐蝕情況，與鉻元素密切相關，在不銹鋼的生產煉制過程中，在溫度達到400～850℃后，會達到敏化區間，而此時，奧氏體內會因析出碳化鉻，進而生產貧鉻區，給晶間腐蝕的發生形成了隱患。貧鉻區的產生是不銹鋼晶間腐蝕的重要影響因素，在不銹鋼生產制造過程中，因溫度的升高，碳元素會因溫度的升高而固溶于奧氏體機基體中，在溫度下降時，碳元素會因溫度變化而出現飽和、擴散至晶界的情況，從而會出現析出碳化鉻的情況?？傊梢钥偨Y為材料處于特定的腐蝕介質作用下、不銹鋼具有晶間腐蝕敏感性。

2.晶界吸附理論

若不銹鋼材料為加熱至1050℃的超低碳級不銹鋼，工作于強氧化環境，會因材料內部的多種雜質元素而出現晶界吸附情況，進而引發晶間腐蝕情況。

二、預防晶間腐蝕的方法

1.采用含碳量低的不銹鋼

從前文中對于不銹鋼晶間腐蝕情況的原因分析來看，鉻元素是導致晶間腐蝕的主要影響因素之一，且在不銹鋼的生產過程中，因貧鉻區的產生導致產生了大量的碳化鉻，進而給不銹鋼后期出現晶間腐蝕埋下了隱患。對此，當前在進行不銹鋼生產或選擇不銹鋼材料時，要重視選擇含碳量少的材料，如可選擇S30403。

2.提高鉻、鉬的含量

不銹鋼材料之所以會出現晶間腐蝕情況，也與其晶間腐蝕敏感性有關。鋼材料中存在有許多的元素，鉬、鉻便是其中的主要化學元素，分子、原子狀態穩定，但若是其鉻和鉬的含量較低，那么極有可能會出現晶界處被破壞的鈍化狀態，因此，當下在不銹鋼的生產中，想要避免晶間腐蝕情況的出現，應當適當提高鉻和鉬元素的含量，降低不銹鋼晶間腐蝕敏感性[2]。另外，要想要進一步生產，使得不銹鋼達到奧氏體狀態，可在提高鉬和鉻含量的基礎上繼續提升鎳含量。

3.固溶處理

常規不銹鋼的生產過程中，溫度雖然較高，但整體升溫速度緩慢，在達到晶間腐蝕敏感溫度區域時進行冷卻，會因溫度降低緩慢而出現碳化鉻大量析出的情況;對此，應當做好相應的固溶處理，即在不銹鋼生產時，迅速將溫度升高至1050℃，隨后快速冷卻至室溫，如此一來，不銹鋼材料進入晶間腐蝕敏感溫度區域的時間便會極短，進而使得碳化鉻析出量明顯降低甚至未析出。同時，據調查統計來看，目前各領域中常用的雙相不銹鋼原材料、奧氏體不銹鋼均采用了針對性的固溶處理。

4.加入穩定化元素并進行穩定化處理

其實，不銹鋼材料出現晶間腐蝕的原因實質是金屬元素性質穩定性不高，尤其是其中的鉻元素，對此，也可從穩定化處理的角度出發來預防不銹鋼晶間腐蝕情況的發生，即增加穩定性更強的金屬元素。一般情況下，穩定化處理過程中可選擇鈮和鈦，此兩類金屬元素穩定性強，在不銹鋼生產過程中通過加入鈦或鈮，可以通過其較高的親和力生成碳化鈮或碳化鈦，在其析出后，會阻礙碳化鉻的生成，進而制約了貧鉻區的形成，達到了預防晶間腐蝕情況的目的。另外，含鈦元素的不銹鋼雖然不會出現晶間腐蝕情況，但卻會出現刀狀腐蝕，因此在實際的工業領域中，對其應用范圍較為狹窄，多選用超低碳不銹鋼或低碳不銹鋼。

5.采用雙相不銹鋼

目前，雙相不銹鋼也較為常用，可以有效降低晶間腐蝕情況的出現。雙相不銹鋼指的便是在奧氏體基礎上增加不小于15%鐵素體的鋼材料。要知道，在鐵素體中，含有呈晶界分布的鎳元素，而鎳元素具有降低炭活化度的作用，在不銹鋼生產時，因鎳元素影響，溫度達到敏化溫度區間時，也會極大的降低碳化鉻的析出，阻止貧鉻化的情況的發生[3]。

6.減輕材料的敏化程度

在不銹鋼材料的生產過程中，可通過參照其TTS曲線來進行生產。通過各曲線圖可知，時間、溫度、敏感性是影響不銹鋼材料的重要指標，且不銹鋼在降溫時，會有一段時間進入敏化溫度區域（400～850℃），在這一階段會析出碳化鉻，形成貧鉻區，這也是導致不銹鋼材料出現晶間腐蝕的直接原因。當下，要從實際出發，圍繞降低敏化程度來降低晶間腐蝕情況的出現。前文中提到，不銹鋼材料多被應用于石油和工業領域中，大部分以管道材料的形式體現，但管道材料必須要根據實際情況進行相應的焊接、消除應力退火熱處理等操作，若溫度較高，且冷卻速度慢，便會析出大量碳化鉻，對此，在實際應用中，工作人員應重視控制溫度，避免達到不銹鋼材料敏化溫度區域;而對于消除應力退火熱處理，應當將溫度嚴格控制在<400℃。

7.進行晶間腐蝕的敏感性檢驗

不銹鋼材料一般被作為壓力容器材料，其必須要有較高的安全性，但不銹鋼材料的晶間腐蝕情況便會嚴重影響壓力容器的整體安全性，對此，企業的安全管理部門要重視這一問題，定期進行不銹鋼材料晶間腐蝕敏感性檢驗，對于不合格的容器要及時更換。

三、結語

隨著我國材料領域的發展，對于不銹鋼晶間腐蝕的防范較之過去有明顯提升，但在實際應用中依然存在有許多的不足，這對大范圍應用不銹鋼材料的企業來說是一個不好的情況。本文中，筆者重點分析了導致不銹鋼材料出現晶間腐蝕情況的原因以及防范措施，希望可以對不銹鋼材料性能的提升提供幫助。

參考文獻：

[1]張林陽，鄭虹，宋慶軍，陳兵華，王達鵬，呂巖. 不銹鋼材料在汽車上的應用及其焊接性淺析[J]. 汽車工藝與材料，2020（09）：12-19.

[2]亓晨達，李浩波. 淺析不銹鋼晶間腐蝕形成原因及預防措施[J]. 寧波化工，2019（01）：26-28.

[3]余艷妮，張健康，李美歲. 基于不銹鋼堆焊層晶間腐蝕原因淺析[J]. 科技創新與應用，2016（24）：151.

（唐山三友化工股份有限公司純堿分公司研發部 河北唐山063305）