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晶间腐蚀

晶间腐蚀是局部腐蚀的一种。沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合,大大降低金属的机械强度。而且腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽,看不出被破坏的迹象,但晶粒间结合力显著减弱,力学性能恶化, 不能经受敲击,所以是一种很危险的腐蚀。通常出现于黄铜、硬铝合金和一些不锈钢、镍基合金中。不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工业的一个重大问题。

不锈钢在腐蚀介质作用下,在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。

产生晶间腐蚀的不锈钢,当受到应力作用时,即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失,这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区(HAZ)、焊缝或熔合线上,在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀(KLA)。 不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于10~12-。当温度升高时,碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小,约为0.02-~0.03-,而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值,故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散,并和铬化合,在晶间形成碳化铬的化合物,如(CrFe)23C6等。数据表明,铬沿晶界扩散的活化能力162~252KJ/mol,而铬由晶粒内扩散活化能约540KJ/mol,即:铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界扩散速度小,内部的铬来不及向晶界扩散,所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部,而是来自晶界附近,结果就使晶界附近的含铬量大为减少,当晶界的铬的质量分数低到小于12-时,就形成所谓的“贫铬区”,在腐蚀介质作用下,贫铬区就会失去耐腐蚀能力,而产生晶间腐蚀。

(1)晶粒和晶界区的组织不同,因而电化学性质存在显著差异。内因

(2)晶粒和晶界的差异要在适当的环境下才能显露出来。外因

含碳量超过0.03-的不稳定的奥氏体型不锈钢(即不含钛或铌的0Cr18Ni9不锈钢),如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。这些钢在425-815℃之间加热时,或者缓慢冷却通过这个温度区间时,都会产生晶间偏析,这样的热处理造成碳化物在晶界沉淀(敏化作用),并且造成最邻近的区域铬贫化使得这些区域对腐蚀敏感。敏化作用也可出现于焊接时,在焊接热影响区造成其后的局部腐蚀。

最通用的检查不锈钢敏感性的方法是65-硝酸腐蚀试验方法。试验时将钢试样放入沸腾的65-硝酸溶液中连续48h为一个周期,共5个周期,每个周期测定重量损失。一般规定,5个试验周期的平均腐蚀率应不大于0.05mm/月。

1 、调整焊缝的化学成份,加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性,如加入钛或铌等。

2 、减少焊缝中的含碳量,可以减少和避免形成铬的碳化物,从而降低形成晶界腐蚀的倾向,含碳量在0.04-以下,称为“超低碳”不锈钢,就可以避免铬的碳化物生成。

3、控制在危险温度区的停留时间,防止过热,快焊快冷,使碳来不及析出。

①使用低碳牌号00Cr19Ni10(304L)或00Cr17Ni14Mo2(316L),或稳定的牌号0Cr18Ni11Ti(321,多见于欧洲)或0Cr18Ni11Nb(347,多见于美国).使用这些牌号不锈钢可防止焊接时碳化物沉淀出造成有害影响的数量。②如果结构件小,能够在炉中进行热处理,则可在1040-1150℃进行热处理以溶解碳化铬,并且在425-815℃区间快速冷却以防止碳的沉淀。

焊接铁素体不锈钢在某些介质中也可能出现晶间腐蚀。这是当钢从925℃以上快速冷却时,碳化物或氧化物沉淀,金属晶格应变造成的,焊接后进行消除应力热处理可消除应力并恢复耐腐蚀性能。在1Cr17不锈钢中加入超过8倍碳含量的钛,通常可减少焊接钢结构在一些介质中的晶间腐蚀。然而加入钛在浓硝酸中不是有效的。

合金应用中的预防措施:

a.选用抗晶间腐蚀的合金;

b.选择合适的热处理工艺,如铝合金过时效处理;

c.在确定焊接工艺,铝合金胶接及铣切工艺,回避容易产生晶间腐蚀的温度下处理。

国内和国际上现有关于晶间腐蚀的试验标准主要有以下几种方法:

GB/T 4334.(1~5)2000不锈钢晶间腐蚀敏感性试验方法标准(根据不同材料敏感性选择相应标准)

ASTMA262-2014 奥氏体不锈钢晶间腐蚀标准方法

ISO 3651-(1-5):1998 不锈钢耐晶间腐蚀的测定

JIS G (0571-0575):2003 不锈钢耐晶间腐蚀的测定

ASTM_A763-93(W X Z):2004 铁素体不锈钢晶间腐蚀敏感性检测

GB/T 152601994《镍合金晶间腐蚀敏感性试验方法标准》

GB/T 21433-2008《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》

CB/T 3949-2001 《船用不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验方法》

GB/T 26491-2011 铝合金晶间腐蚀试验方法 质量损失法

ASTM G28 - 02(2008) Standard Test Methods for Detecting Susceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought, Nickel Rich, Chromium Bearing Alloys (中文名称:《锻造高镍铬轴承合金晶间腐蚀敏感性的检查用标准试验方法》

GB/T 7998-2005 《铝合金晶间腐蚀测定方法》

HG/T 3173-2002 《尿素级超低碳铬镍奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向试验》

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