耐晶间腐蚀不锈钢的选择

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第1046页（2149字）

(1)铬镍奥氏体不锈钢敏化态晶间腐蚀

敏化态是指经固溶状态的奥氏体不锈钢在450～850℃范围受热后其组织发生变化，这种变化后的组织在适当的腐蚀介质中易遭受优先腐蚀，钢的这种状态被称为敏化态，由此而引起的局部腐蚀即敏化态的晶间腐蚀，能产生晶间腐蚀的典型介质列于表3－9。

表3－9 使Cr－Ni奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的常见介质

敏化态晶间腐蚀是最早出现的局部腐蚀破坏形式，科研人员经深入研究提出了导致这种现象的贫铬理论并在后续的试验中得到证实。在Cr－Ni奥氏体不锈钢的固溶状态，奥氏体中能溶解0．02%～0．03%的碳，此溶解数量随钢中的Ni量增加而降低。当钢中的碳超过溶解度上限时，碳在钢中便处于过饱和状态，假若在450～850℃的温度范围内或经过焊接热循环，钢中过饱和的碳就向晶间扩散并与周围的铬形成富Cr的M23C6碳化物，由于铬的扩散较慢，来不及补充因形成Cr23C6所损失的Cr，使临介碳化物附近区域的Cr浓度降低，即形成贫Cr区，因Cr23C6是沿晶界析出，当其形成网状时，贫Cr区亦呈网状。贫Cr区的Cr浓度低于在腐蚀介质中耐蚀的临界Cr量时，就产生典型的晶间腐蚀。

在无法采用重新固溶处理的条件下，为避免晶间腐蚀，只能采用耐晶间腐蚀的含稳定化元素(Ti、Nb)的稳定化奥氏体不锈钢或超低碳(≤0．03%)奥氏体不锈钢。使用比较普遍和用量较大的牌号为0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、00Cr18Ni10、00Cr17Ni14Mo2等。

(2)铬镍奥氏体不锈钢的非敏化态的晶间腐蚀

铬镍奥氏体不锈钢在不存在含Cr23C6析出的非敏化状态，即固溶状态，在适当的腐蚀介质中出现晶间腐蚀称作敏态晶间腐蚀。此种腐蚀形式出现在远离焊缝的母材上，目前，在含Cr⁶⁺的硝酸中，在大于65%浓度的浓硝酸和发烟硝酸中，在二氧化碳汽提法生产尿素工艺条件下的尿素甲铵环境中均已发现不锈钢的非敏态的晶间腐蚀。

研究表明，产生非敏态晶间腐蚀的根源在于材料中的溶质(杂质)偏聚，即溶质偏聚理论，主要偏聚元素是Si、P、B。

耐非敏态晶间腐蚀不锈钢的选择可依据介质条件的不同予以不同对待。在尿素甲铵液环境中，可选用低P、低Si的尿素级不锈钢，如P≤0．015%、Si≤0．01%的00Cr17Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N、00Cr17Ni14Mo2N。

在产生非敏态晶间腐蚀的含Cr⁶⁺硝酸或浓硝酸中，可选用低P(≤0．01%)、低Si(＜0．1%)的超低奥氏体不锈钢如00Cr18Ni10和00Cr25Ni20或选用高Si(约4%)的奥氏体不锈钢。当前在这种介质中，高Si不锈钢的用量较大。实践结果表明，在70%～95%的HNO₃中，在不同的温度下可选用不同的高Si不锈钢牌号。

在≤50℃下，可选择0Cr18Ni11Si4AlTi、00Cr14Ni14Si4和00Cr17Ni15Si4Nb。

在≤80℃的介质中可选择00Cr20Ni24Si4Ti。

在浓度＞95%的硝酸中，≤50℃时可选择0Cr18Ni11Si4Ti、00Cr14Ni14Si4、00Cr17Ni15Si4Nb。≤80℃时可选择00Cr20Ni24Si4Ti。

(3)铁素体不锈钢的晶间腐蚀

铁素体不锈钢也存在晶间腐蚀倾向。铁素体不锈钢的晶间腐蚀不仅在强腐蚀介质中产生，在弱腐蚀介质(自来水)中亦可出现。敏化后的铁素体不锈钢在750～850℃短时间加热，其晶间腐蚀敏感性可减轻或消除。在750～850℃加热，由于钢中Cr仍具有足够的扩散速度向晶界扩散，使在高温冷却时难于避免的贫Cr区得以补充，降低了贫Cr区的Cr贫化程度或使之消失，因此可降低或消除晶间腐蚀倾向。然而在500～700℃的范围内，钢中Cr的扩散速度减慢，在短时间内无法使贫Cr区消失，贫Cr区依然存在，在腐蚀介质中将会出现晶间腐蚀。铁素体不锈钢的晶间腐蚀的本质仍然是贫Cr。对于含20%Cr的铁素体不锈钢，贫Cr区的Cr量可小于5%，甚至可为0%，贫Cr区宽度为0．05～0．07μm。

为了防止铁素体不锈钢的晶间腐蚀，可选择含Ti、Nb稳定化的铁素体不锈钢，对于C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢也必须采用这种手段。如0Cr17Ti，00Cr26Mo1Nb等。