奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕消除辦法

奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕通常是由晶界處碳化物鉻析出(Cr23C6)造成的，在晶界處產生一個狹窄的鉻耗竭區。這種情況稱為敏化。敏化涉及鉻碳化物在晶界的析出，這導致在晶界的一個狹窄的鉻耗竭區，導致晶間腐蝕。

圖1  鉻在晶界處耗盡或敏化。

由于鉻是使不銹鋼晶間腐蝕的主要合金化元素，鉻貧乏區容易受到優先腐蝕攻擊。人們認為這是因為與碳化物相鄰的鉻含量可能低于不銹鋼合金的要求。如果碳化物在晶界上形成連續的網絡，則腐蝕會在晶界上產生分離或間隙，并可能導致晶間腐蝕。

在950 ~ 1450℃的溫度范圍內，鉻碳化物傾向于在奧氏體不銹鋼的晶界析出。在金屬制造、制造或服務過程中，任何暴露或熱偏移進入這個溫度范圍都可能使鋼敏感。

常見的做法，如焊接，消除應力，和熱成形，可以暴露鋼在敏化溫度范圍。鉻碳化物的形成很容易通過溶液退火熱處理逆轉。

圖2  304型合金隨碳含量變化的時間-溫度-敏化曲線。

    在奧氏體不銹鋼中采用了三種方法來減小晶間腐蝕的影響。敏化的材料可以加熱到碳化物溶解的溫度進行退火，然后通過敏化溫度范圍內的快速冷卻使碳保持在溶液中。推薦的退火溫度取決于合金，通常在1900至2150華氏度范圍內進行，然后快速冷卻。通過將碳含量降低到0.03%以下，也可以達到對晶間腐蝕的抗性。較低的碳含量將時間-溫度-敏化曲線的尖端移至較長的時間。低碳鋼種（例如304L，316L和317L型）已被設計為在典型的焊接操作過程中抗敏化，但在使用中的臨界溫度范圍內，它們不能通過長期暴露而抗敏化。合金含量更高，更耐腐蝕的不銹鋼（例如904L和6Mo合金）具有非常低的碳含量，通常無需考慮對晶間腐蝕的敏感性。

添加穩定元素（例如Ti，Nb（Cb）和Ta）還可以提高抗敏性，特別是對于在關鍵服役范圍內的長期暴露。在1848℃至1181℃范圍，這些元素傾向形成比碳化鉻更穩定的碳化物。因此，隨著合金從高溫冷卻，碳與穩定元素結合在一起，在950至1450°F的較低敏化溫度范圍內，碳化鉻無法用于碳化鉻沉淀。常見的穩定奧氏體鋼種包括321、347、20-Cb3和316Ti型。圖4總結了在304和347型不銹鋼中發生的碳化物沉淀反應。

圖3    304和347型不銹鋼中的沉淀反應

對于穩定鋼種，標準固溶退火處理通常不會占用所有可用碳。因此，當固溶體在固溶退火條件下長時間暴露于敏化溫度范圍（1450至950°F）時，會發生碳化鉻沉淀和敏化，造成晶間腐蝕。穩定的熱處理可以用來完成沉淀反應，從而更有效地吸收碳。這些處理包括將合金在1500至1600°F的溫度范圍內保持幾個小時。

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