铁素体不锈钢晶间腐蚀问题的探讨.pdf

论
石油化工腐蚀与防护 CORROSION& FROTECTION IN PETROCHEMICAL INDLSTRY2015年第32卷第4期
铁素体不锈钢晶间腐蚀问题的探讨
万章2
(1.合肥通用机械研究院,安微合肥230031;2.国家压力容器与管道安全工程技术研究中心,安徽合肥230031)
摘要:铁煮体不銹钢因在特定温度下有碳化物、氩化物和σ相的析出,及其独有的475℃脆
性,致使其存在晶间腐蚀敏感性。改变铁袁体不锈钢中铬、钼、碳、氩、铌、钛含量,可以适当降低其
晶间腐蚀敏感性。铁素体不锈钢应以退火态供货,在焊接过程中尽可能的采取各种措施来降低焊
接过程产生的热量,从而降低其晶间腐蚀敏感性。国内尚未制定铁素体不绣钢晶间腐蚀试验方法
标准。通过对铁素体不銹钢的晶间腐蚀机理的阐述,分析铁素体不锈钢晶间腐蚀的影响因素,总
结了相关预防措施,提出制定铁素体不锈钢晶间腐蚀试验标准来进一步规范铁素体不锈钢的
应用。
关键词:铁蠹体不锈钢晶间腐蚀机理
近年来,不锈钢原材料尤其是镍资源价格大体不锈钢在高于900~950℃高温加热后,在随后
幅上张,极大推动了低镍,无镍的铁素体不锈钢的的冷却过程中,即使冷却很快,也常常难防止高铬
应用。铁素体不锈钢具有价廉、优良的耐氯化物的碳、氮化物沿晶界析出并形成贫铬区。铁素体
应力腐蚀、耐海水局部腐蚀和抗氧化性能,但其室不锈钢中形成的碳化物主要是(Cr·Fe)2C6和
温、低温韧性差,缺口敏感性高,焊接性能较差,有(Cr?Fe)C3。形成的氮化物主要是CrN和
定的晶间腐蚀敏感性,也带来不少应用问CrN2。温度在750~870℃,铁素体中的铬仍有足
题。本文就铁素体不锈钢晶间腐蚀问题作相关够的速度向晶界扩散并使是贫铬区的贫铬化程度
探讨
降低和消失。因此铬质量分数16%~20%的铁
素体不锈钢在780~850℃退火处理(空冷或快
1铁素体不锈钢晶腐蚀机理
冷),可以降低和消除铁素体不锈钢的晶间腐蚀
铁素体不锈钢以铬作为主要耐蚀合金元素,敏感性。但在500~700℃内,钢中铬的扩散速度
其Cr质量分数为10%-30%,有的牌号还加入减小,短期内无法使贫铬区消失,因而在冷却过程
不超过5%的钼作为补充耐蚀合金元素,一般也中通过500~-700℃温度区时,不能降低和消除晶
只有铬质量分数大于16%的铁素体不锈钢才存间腐蚀敏感性。
在晶间腐蚀问题。铁素体不锈钢晶间腐蚀的机理1.2σ相的析出
有多种,包括贫铬理论、亚稳沉淀相理论、亚稳沉
铁素体不锈钢析出σ的倾向要比奥氏体
淀相溶解理论、沉淀相应力理论、腐蚀电化学理不锈钢强得多,在500~925℃内会析出较多量
论5。目前贫铬理论占主导
跟奥氏体不相与其他金属间化合物,相的铬含量远高于钢
锈钢相比,铁素体不锈钢发生晶间腐蚀过程中也
的平均铬含量。高铬相的晶界析出也会产生贫铬
有高铬相的析出和贫铬区的产生,但二者在机理
区,导致产生晶间腐蚀敏感性。
上却存在着很大的差别
1.3475℃脆性
1.1碳化物和氮化物析出
铁素体不锈钢中碳和氮含量较高时,钢从
在铁素体不锈钢中,碳和氢对其晶间腐蚀敏900℃以上高温快冷,钢中的少量奥氏体会转变
感性起着及其重要的作用,且在铁素体中的溶解
为马氏体,也会提高晶间腐蚀敏感性。400
度很低,要比在奥氏体的溶解度低得多。由于鉄收稿日期,015-04-16,修改稿收到日期:2015-05-03。
素体的晶体点阵密排度较低,因此合金元素在铁作者简介:万章(1985-),硕士,助理工程师,现在合肥通用
素体中的扩散速度要比在奥氏体中大得多。铁素机械研究院工作。E-mai:wangoodly(163.com
第4期
万章.素体不锈钢晶间腐蚀问题的探讨
专
论
500℃温度长期保持会析出富铬的q'相,其铬质消除晶间腐蚀敏感性。在700℃以下的温度,铬
量分数可达61%~83%,'相的析出会使钢在硝的扩散已很困难,不能再起降低和消除贫铬区的
酸中的耐蚀性下降。'相析出引起的脆性一般称作用。故为了获得良好的耐晶间腐蚀性能,铁素
为475℃脆性,加热到550℃以上'相可溶解。体不锈钢的供货状态应为退火处理状态。
温军国?的研究也证实了475℃脆性现象。
2.3焊接性能的影响
铁素体不锈钢因在特定的温度下具有碳化
铁素体不锈钢焊接接头有较大的晶间腐蚀倾
物、氮化物、σ相的析出及475℃脆性的特点,都向,一般出现在焊接时温度高于1000℃的熔合
在某种程度上增加其晶间腐蚀敏感性,铁素体不线附件,铁素体不锈钢在高温下晶粒急剧长大,使
锈钢晶间腐蚀敏感性是其内在因素决定的。
钢的脆性增大,含Cr量越高,在高温停留时间越
长,则脆化倾向越严重,晶间腐蚀敏感性越高
铁素体不锈钢的影响因素
2.1化学成分的影响
预防措施
铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性随铬含量的
(1)尽可能降低碳和氮的含量,减少碳化物
升高而降低。钼元素对提高局部腐蚀抗力的效力和氮化物的析出。
约为铬的3.3倍?,加人钼可以提高在有机酸和
(2)加人稳定化元素钛和铌来固定钢中的碳
还原性介质中的耐蚀性,但加人钼也会促使o和氮,降低碳化物跟氮化物的析出。
相、α'相等金属间化合物的析出,因而加入量一般
(3)加入耐腐蚀元素Mo,Cu及Pd增强耐
不超过4%。
蚀性。
降低碳和氮的含量,可降低碳化物和氮化物
4)以退火态交货,降低和消除贫铬区。
的析出,减轻了贫铬区的贫铬程度,从而起到降低
(5)焊接接头采用小电流,大焊速,尽量用窄
晶阆腐蚀敏感性。
焊道焊接,多层焊时应注意层间温度。即在焊接
由于钛和铌与钢中的碳和氮亲和力很强,超过程中,尽可能降低焊接所产生的热量,避免高铬
过铬与钢中碳与氮的亲和力,因而在钢中加入钛相的析出。
和铌",可以作为稳定化元素形成钛和铌的碳化
物和氮化物而抑制钢中铬的碳、氮化物的形成,从4晶间腐蚀敏感性检测方法
而提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀敏感性。刘天
目前国内晶间腐蚀试验标准中,还未提及
模研究表明钛元素的引入,消除了钢中的C和到铁素体不锈钢,国内一些学者已进行了相关试
N间隙原子,抑制了珠光体组织的生成,净化了铁验的研究。
素体晶界,提高了铁素体组织的均匀性,使其耐腐
朱朝明在文献21中按照 ASTM A763-93
蚀性能显著提高。
标准,对多种铁素体不锈钢分别采用4种方法进
2.2状态的影响
行试验,结果表明:对于高铬或中铬铁素体不锈
刘春明研究表明固溶在基体中的碳能够钢,可以采用ASM标准所推荐的试验方法;对于
抑制富Cr区的形成,推迟475℃脆性的发生。对低铬铁素体不锈钢,ASTM标准推荐的方法都太
于非稳定化铁素体不锈钢,由于碳、氮在基体中的苛刻。
溶解度很低,碳、氮、铬元素的扩散速度又很快,从
党政军采用草酸腐蚀方法研究了几种铁
高温到900℃以上的温度,即使冷却速度很快,晶素体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性,并与H2SO4
间也会充分析出碳化铬和氮化铬,并形成贫铬区,Fe2(S04)3和HNO2方法对比,结果表明:10%的
产生了晶间腐蚀敏感性。这种晶间腐蚀敏感性一草酸腐蚀法检测晶间腐蚀即快速又灵敏,适用检
般比奥氏体不锈钢高。在随后冷却到