304不锈钢晶间腐蚀的研究

王亚娜

摘 要： 随着核电石油化工行业的发展，燃料存储容器和相关设备也需要进行改造，由于核电石油化工燃料本身具有一定的腐蚀性，因此，其应用的设备必须要具有耐腐蚀性能，而不锈钢材料本身的耐腐蚀性、力学性能以及焊接性能比较好，成为当前应用比较多的金属材料。但是，不锈钢也会发生晶间腐蚀现象，本文以304不锈钢晶间腐蚀作为研究对象，首先对晶间腐蚀进行了阐述，其次提出了一些防腐措施，希望能够提高304不锈钢应用率。

关键词： 304不锈钢;晶间腐蚀;合金

【中图分类号】TG172.6 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）03-0194-01

304不锈钢使一种应用十分广泛的金属材料，其耐腐蚀性、耐热性、焊接性等方面的性能表现优越，在石油化工、建筑材料、冶金机械等方面的应用比较广泛，是当前工业制造行业应用的主要钢种之一。304不锈钢为了保证其耐腐蚀性能，其中含有超过18%的铬元素和超过8%的镍元素，其中镍元素使钢晶体机构发生变化，构成奥氏体晶体结构，进而使铬元素钝化机理得到改善，提高晶间抗腐蚀能力。

1 晶间腐蚀概述

1.1 概念

在特定腐蚀介质中，金属材料顺着材料晶界产生局部腐蚀，这就是晶间腐蚀。晶间腐蚀现象的出现是由于晶粒内部化学成分以及晶粒表面之间出现差异，晶界杂质或内应力出现导致的。晶间腐蚀使得晶粒结合发生破坏，使金属机械强度大幅下降。腐蚀出现后，金属以及合金表面也有金属光泽，无明显的破坏现象，但晶间结合性能却在逐渐下降，力学性能也逐渐降低，无法承受敲击力，金属强度已经失去，设备极易发生突发性破坏现象，由此可见，这种腐蚀现象十分危险[1]。

1.2 形成

304不锈钢合金成分主要为铬和镍，这两种元素被添加在不锈钢中，其中铬元素使不锈钢中添加的主要元素，不同不锈钢所添加的铬元素都超过13%，而304不锈钢中添加的铬元素大约在18%。铬元素使不锈钢性能的决定性因素，这是由于钢中添加铬元素后，其表面会形成轻薄、透明无色、光滑的氧化物膜，其使钢氧化能够得到缓解，提高了其耐腐蚀性。而镍元素的添加使得钢晶体结构法发生变化，提高了铬元素的钝化性，使其不锈钢的抗晶间腐蚀性能有所提升。

不锈钢晶间腐蚀现象出现的主要原因体现在其中的铬元素固溶度会随温度上升而上升，在加热到500-700℃时，平均固溶度不大于0.01%。奥氏体不锈钢在通过固溶冷却之后，其中的碳含量处于过饱现象，晶界内析出的新相使得周边铬元素成分发生贫乏化，该类钢的温度处在敏化温度区域，受热过程中，过饱碳会使晶界扩散，晶界上碳将周边铬元素消耗掉，并构成Cr23C6碳化物，从晶界沉淀中析出[2]。铬元素扩散速度过慢，且无法及时补充，导致晶界出现贫铬区，耐腐蚀性下降。当铬元素的含量小于13%时，钢基体的抗腐蚀性就会降低，进而出席晶间腐蚀。因此，晶间腐蚀原因就是晶粒边界出现了贫铬区域，铬含量下降而导致的一种现象。

2 304不锈钢晶间腐蚀预防措施

2.1 加入合金元素

在不锈钢中加入钛、铌等合金元素能够起到抗晶间腐蚀的作用。钛、铌等元素属于强碳化物元素，其是稳定碳化物，能够起到抗晶间腐蚀作用，其可以添加到不锈钢内。通常来讲，晶间腐蚀指的是铬以Cr23C6形态被从奥氏体中析出，导致晶界附近出现贫铬现象，而避免贫铬现象时抗晶间腐蝕现象的主要方式，在其中添加C周边元素，尤其是铌和钛这两种元素，其与C的亲和力相较于铬要高，在钢中添加后可以形成TiC与NbC这两种形态，防止Cr23C6析出，导致贫铬现象出现，进而避免出现晶间腐蚀现象[3]。在不锈钢中加入稳定元素后，需要对其实行稳定热处理，进而析出稳定元素中的钛和铌元素，使碳元素固定，降低其在后续敏化时出现的碳化铬等现象。

2.2 进行固溶淬火处理

固溶淬火处理就是使不锈钢加热至1050℃，之后迅速冷却，其能够在极短时间内利用敏化温度，将温度下降至低于400℃，并到室温温度，使碳化铬不会被析出，这样能够使材料晶间敏感性下降。304不锈钢的原材料需要在固溶淬火处理后才能够交付到实际工程中应用。

2.3 降低材料敏化性

按照不锈钢时间、温度以及敏感性的曲线关系可以发现，若是材料在受热后迅速冷却，经过敏化温度区域时间不长，则碳化铬析出量就比较少，因此贫铬现象也不会太严重，晶间腐蚀敏感性也会下降。但是，若是受热后无法迅速冷却，则经过敏化区时间就会延长，则碳化铬析出量就会比较多，贫铬程度现象严重，导致晶间腐蚀敏感性上升[4]。压力容器制造时，一定会进行焊接、热处理等操作，这就需要制造时必须要尽量不在敏化温度区进行操作，并对其进行消除热应力处理，所有处理不可高于敏化温度。

2.4 使用低碳量不锈钢

为了防止铬碳化物形成，降低晶间腐蚀敏感度，可以将碳质量分数下降到低于0.03%，也形成了超低碳不锈钢，能够防止晶间腐蚀现象出现[5]。将不锈钢中的含碳量降低，可以有效避免晶间腐蚀问题发生。

结束语：综上所述，碳元素作为304不锈钢晶间腐蚀主要影响因素，其中含量低于0.03%，晶间腐蚀敏感性就会大幅下降，碳元素含量上升，则敏感性就会随之上升。利用超低碳不锈钢，使钢内杂质降低，并对其进行固溶淬火和稳定化处理，使304不锈钢晶间腐蚀现象得以缓解。固溶稳定处理后，304不锈钢耐腐蚀性就会有所提升，在固溶温度提升到1080℃，再通过稳定处理后，其抗晶间腐蚀性就能够得到有效提升。近年来，随着我国抗晶间腐蚀研究的成熟，实际生产中，面对其中出现的问题需要综合考虑选材以及制造等因素，进而选择科学合理的应用方案。

参考文献

[1] 李海川，汪殿龙，史学海，等.304不锈钢焊接接头火焰矫形后的晶间腐蚀分析[J].热加工工艺，2018，47（7）：233-236.

[2] 赵亚楠，朱晓宇，刘瑕，等.固溶处理对304不锈钢晶界特征及腐蚀性能的影响[J].金属热处理，2018（11）.

[3] 赵小燕，刘希武，崔新安，等.304L不锈钢在稀硝酸环境下的腐蚀研究[J].中国腐蚀与防护学报，2018，038（005）：455-462.

[4] 张朱武，潘光国，蒋艳，等.奥氏体不锈钢脉冲电流止裂处的晶间腐蚀性能及其评价方法[J].期刊论文，2020，44（3）.

[5] 杨永超，YANGYongchao.304不锈钢免退火直接冷轧工艺研究[J].轧钢，2019，36（6）：86-89.