304不锈钢晶间敏化行为

姜爱华，陈 亮，丁 毅，马立群

（南京工业大学 材料科学与工程学院，南京210009）

晶间腐蚀的机理目前主要有三种理论：贫铬理论、第二相析出理论和晶界吸附理论［1-3］。奥氏体不锈钢在敏化温度（450～900℃）范围内加热或缓慢冷却，碳倾向于和铬及铁结合形成复杂的碳化物（CrFe）23C6，从过饱和的奥氏体中析出而分布在晶界上［4］。国内外的相关文献［4-6］大多研究碳化物的形成机理和形态，较少研究贫铬区的分布形态。但是贫铬区的形态特征和碳化物形成规律和形态的研究具有相互佐证的意义，而且能够为研究不锈钢晶间腐蚀破坏的起因和发展规律提供理论依据。本工作采用金相观察法研究不同敏化条件下304不锈钢的贫铬区分布的形态特征。

1 试验

1.1 材料

试验材料为304不锈钢，其化学成分见表1。将材料在特定的敏化条件下进行敏化处理，再将敏化后的材料制成面积为1cm2的圆形电极。每次试验前均采用SiC砂纸将电极表面逐级打磨至1 200＃，显镜面光亮，再使用去离子水和无水乙醇超声清洗。

表1 试验用304不锈钢的化学成分 %

1.2 试验

试样的敏化处理主要分成两大组：一组是在不同的温度（500℃，550℃，600℃）下敏化相同的时间（0.5h），另一组是在相同温度（650℃）下敏化不同的时间（0.5h，1h，1.5h，2h）。以研究不同敏化处理的304不锈钢贫铬区的分布形态。

由于双环电化学动电位再活化法（EPR）与10%的草酸电解侵蚀法相比，能够有效地减小点蚀和试样表面缺陷对金相观察的干扰。因此采用EPR法对制备好的试样进行晶间腐蚀试验，然后采用MR-5000型金相显微镜观察试验后试样的金相组织。

EPR法测试的设备采用CHI660D。其中工作电极为不锈钢电极，辅助电极为面积（1cm×1.5cm）铂电极，参比电极为饱和甘汞电极（SCE）。所用电解质溶液为0.5mol·L-1H2SO4＋0.01mol·L-1KSCN。首先将电极在电解池中放置10min，等开路电位稳定后，以1.66mV·s-1的扫描速率正向扫到0.3V。达到最大电位后，以相同的速率反向扫描到起始电位。最后计算扫描所得到的两个峰电流：Ia为正向扫描得到的最大活化电流，Ir为反向扫描得到的最大再活化电流，两者的比值Ir∶Ia为敏化度（DOS）。未敏化304不锈钢试样采用EPR法的测试曲线见图1。

图1 未敏化的304不锈钢试样动电位再活化曲线

2 结果与讨论

2.1 低敏化度304不锈钢的贫铬区形态

表2为304不锈钢在0，500℃，550℃和600℃下敏化0.5h后的敏化度。结果表明，随着敏化温度的升高，304不锈钢的敏化度增大，但此时304不锈钢的敏化度总体较低，晶间敏化处于发展初期。

表2 304不锈钢在0～600℃下敏化0.5h后的敏化度

图2为304不锈钢在0，500℃，550℃和600℃下敏化0.5h后的金相照片。结果表明，未经敏化的304不锈钢虽然也能测试出敏化度，但金相照片中并不存在贫铬区。敏化后的304不锈钢经过EPR测试后金相照片中能清楚的看出优先腐蚀的贫铬区。在敏化的初期，贫铬区以点状的形态分布于晶界的附近，随着敏化程度的加剧，贫铬区慢慢扩展连接，并以链状的形态分布于晶界的附近。由图2可见，600℃敏化30min后的304不锈钢虽然已经有明显的链状分布的贫铬区，但是大部分晶界的附近还未出现贫铬区，表明此时试样的敏化程度并不严重。

2.2 高敏化度304不锈钢的贫铬区形态

表3为304不锈钢在650℃下敏化0.5～2h后的敏化度。结果表明，随着敏化时间的延长，304不锈钢的敏化度升高，敏化2h后的304不锈钢敏化度高达46%，晶间敏化处于中后期。

表3 304不锈钢在650℃下敏化0.5～2h后的敏化度

图3为304不锈钢在650℃下敏化0.5～2h后的金相照片。结果表明，随着敏化程度的加剧，链状的贫铬区会相互交联，最终形成网状，并分布于晶界附近。由图3可见，经过650℃敏化2h后的304不锈钢，具有明显的网状贫铬区，且贫铬区分布于整个晶界的附近。此时的试样已经发生严重的晶界敏化，在腐蚀性环境中很容易发生晶间腐蚀失效。

3 结论

（1）304不锈钢在晶间敏化初期时，贫铬区以点状分布于晶界附近，随着敏化程度的加剧，贫铬区不断扩展，由点状连接成链状。

（2）处于敏化中后期的304不锈钢，由于敏化程度进一步加剧，链状的贫铬区发生了交联，以网状分布于晶界附近。

（3）当试样的敏化度达到46%时，贫铬区以网状分布于整个晶界附近。此时的试样在腐蚀环境中极容易发生晶间腐蚀失效。

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