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奥氏体不锈钢的晶间腐蚀消除办法

2020-07-29

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀通常是由晶界处碳化物铬析出(Cr23C6)造成的,在晶界处产生一个狭窄的铬耗竭区。这种情况称为敏化。敏化涉及铬碳化物在晶界的析出,这导致在晶界的一个狭窄的铬耗竭区,导致晶间腐蚀。

铬在晶界处耗尽或敏化 

1  铬在晶界处耗尽或敏化。

由于铬是使不锈钢晶间腐蚀的主要合金化元素,铬贫乏区容易受到优先腐蚀攻击。人们认为这是因为与碳化物相邻的铬含量可能低于不锈钢合金的要求。如果碳化物在晶界上形成连续的网络,则腐蚀会在晶界上产生分离或间隙,并可能导致晶间腐蚀。

950 ~ 1450℃的温度范围内,铬碳化物倾向于在奥氏体不锈钢的晶界析出。在金属制造、制造或服务过程中,任何暴露或热偏移进入这个温度范围都可能使钢敏感。


常见的做法,如焊接,消除应力,和热成形,可以暴露钢在敏化温度范围。铬碳化物的形成很容易通过溶液退火热处理逆转。

304型合金随碳含量变化的时间-温度-敏化曲线 

2  304型合金随碳含量变化的时间-温度-敏化曲线。

    在奥氏体不锈钢中采用了三种方法来减小晶间腐蚀的影响。敏化的材料可以加热到碳化物溶解的温度进行退火,然后通过敏化温度范围内的快速冷却使碳保持在溶液中。推荐的退火温度取决于合金,通常在1900至2150华氏度范围内进行,然后快速冷却。通过将碳含量降低到0.03%以下,也可以达到对晶间腐蚀的抗性。较低的碳含量将时间-温度-敏化曲线的尖端移至较长的时间。低碳钢种(例如304L,316L和317L型)已被设计为在典型的焊接操作过程中抗敏化,但在使用中的临界温度范围内,它们不能通过长期暴露而抗敏化。合金含量更高,更耐腐蚀的不锈钢(例如904L和6Mo合金)具有非常低的碳含量,通常无需考虑对晶间腐蚀的敏感性。

添加稳定元素(例如Ti,Nb(Cb)和Ta)还可以提高抗敏性,特别是对于在关键服役范围内的长期暴露。在1848℃至1181℃范围,这些元素倾向形成比碳化铬更稳定的碳化物。因此,随着合金从高温冷却,碳与稳定元素结合在一起,在950至1450°F的较低敏化温度范围内,碳化铬无法用于碳化铬沉淀。常见的稳定奥氏体钢种包括321、347、20-Cb3和316Ti型。图4总结了在304和347型不锈钢中发生的碳化物沉淀反应。

温度范围

沉淀反应

熔点2250°F

碳化铌溶解
碳化铬溶解

2250至1450°F

碳化铌沉淀物
碳化铬溶解

1450至950°F

碳化铬沉淀

950至70°F

没有反应

 

3    304和347型不锈钢中的沉淀反应

对于稳定钢种,标准固溶退火处理通常不会占用所有可用碳。因此,当固溶体在固溶退火条件下长时间暴露于敏化温度范围(1450至950°F)时,会发生碳化铬沉淀和敏化,造成晶间腐蚀。稳定的热处理可以用来完成沉淀反应,从而更有效地吸收碳。这些处理包括将合金在1500至1600°F的温度范围内保持几个小时。

 

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