奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防措施研究

胡少波

摘   要：奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的现象，会使压力容器的整体结构发生变化，出现早期失效等问题，从而导致安全生产事故，严重影响压力容器正常运行的安全性与稳定性。文章在阐述奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀成因的基础上，着重分析其预防及处理对策，以作参考。

关键词：奥氏体不锈钢;压力容器;晶间腐蚀;预防措施

我国工业生产在经济体制建设推动下飞速发展，不锈钢制品已经广泛应用于现代制药、石油等相关行业，并促进着我国经济发展。但现阶段多数企业对不锈钢材质的认知仍有待完善，不当的使用方式导致安全生产事故频发。奥氏体不锈钢压力容器在使用期间发生晶间腐蚀的情况，会增加企业的投资成本，并降低企业经济效益。合理处理奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀现象，是提升其安全性能的重要手段，可以使其应用价值得到充分发挥，提升企业的经济效益和社会效益。

1    奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的成因

在常温条件下，奥氏体不锈钢的溶解性相对较小，而其中碳元素的含量却大大增加，高于平均值的数倍不止。奥氏体不锈钢具备耐腐蚀特性的基本支持是其中蕴含着丰富的铬、镍等元素，能够增强金属电极电位的属性[1]。不锈钢在一般情况下不会由自身形成晶间腐蚀，但不锈钢在经由固溶处理后，内部结构组织会发生相应的变化，促使形成单一奥氏体组织，再经过焊接、热成型等工艺的处理，会导致其内部呈现过饱和的现象，最终致使碳元素析出。析出的碳元素不再以单质的形式呈现，而是形成碳铬化合物，这就使得不锈钢在晶界内部的铬元素会大幅度减少，形成部分区域贫铬的现象，研究人员将这一区域称之为贫铬区域。在进行加热处理后，晶体内部原区域的铬原子无法扩散至贫铬区域进行铬原子的平均分配。当具有腐蚀不锈钢晶间能力的介质接触贫铬区域时，其溶解速度会有所提升，导致各区域晶粒的腐蚀本质由钝化腐蚀转变为活化腐蚀，最终产生晶间腐蚀问题。晶间腐蚀不会影响不锈钢金属表面的光泽，但会降低晶粒间的作用力，在冷弯的条件下，不锈钢金属表面会形成裂缝，破坏压力容器的正常功能，从而导致压力容器无法正常运行。晶界贫铬区域形成如图1所示。

2    奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的预防与处理对策

2.1  不锈钢采用超低碳材质

奥氏体不锈钢形成晶间腐蚀的根本原因即为碳元素的析出。在进行钢材的选取时，应选择超低碳材料，由于含碳量低，析出的碳元素较少，贫铬的发生率也会降低[2]。目前，超低碳不锈钢应用于实际的工业生产十分普遍，钢材中蕴含的碳元素质量越低，技术水平的需求质量越高。

2.2  热工艺处理后的固溶处理

进行过高温处理的钢材在进行保温处理时，其冷却速度会加快。高温环境中，碳化铬化合物能够充分溶解，冷却后会形成奥氏体镍铬合金单一物质，从而消除贫铬区域。

2.3  进行稳定化处理

当不锈钢内部含有镍、钛等成分时，完全溶解钢材中的碳铬化合物需要在指定的870 ℃高温下加热处理，但这样的处理方式无法完全溶解钢材中的碳钛化合物。相较于铬元素的高稳定性，碳元素具备更高的亲和力。在进行加热处理期间，优先产生碳化钛、碳化铌等化合物质，但不会形成碳化铬化合物，这样可以有效防止贫铬区域的形成，从而预防晶间腐蚀问题。

2.4  焊接期间减少输入线能量

在进行焊接处理期间，应尽量减少输入线能量，从而有效减少焊头的敏感度。在实际进行焊接处理期间，小线能量、大焊缝等部位均应尽量减少输入线能量，使加热宽度达到限定值，从而使加热区域能够急速冷却。与此同时，减少在敏感温度区域的停留时间也是防止晶间腐蚀现象的有效方法。若处于允许的条件下，可以采用水冷却的方法将停留时间降至最低。

2.5  加强管控焊接工艺处理

首先，需要根据实际情况调整及优化焊接技术所产生的化学成分，通过钛元素等稳定元素物质的添加，防止碳化铬化合物的形成。其次，需要将焊缝中的碳元素含量降低至合理范围内，从而有效防止碳铬化合物的形成，进而使不锈钢晶间腐蚀问题的发生率降低。最后，通过急速冷却、快速焊接等技术手段，减少其在指定区域内的停留时间，防止该区域温度过热。在进行焊接作业期间，相邻两条焊缝会产生热影响，基于此，应将双面焊缝和接触腐蚀介质的双面焊接处理放至最后完成。与此同时，采用超低碳材质的奥氏体不锈钢产生淬硬现象的可能性基本为0[3]。在实际进行焊接作业期间，可采用水冷却或焊件下放置铜垫板的方式以提升整体的冷却速度。再者，焊接工艺的选取也具有一定要求，可根据实际情况选用多道焊、短弧等工艺处理方式，降低不銹钢晶间腐蚀的发生率。值得注意的是，焊接作业有指定的操作流程，需要严格按照焊接顺序开展工作，确保不重复、不混淆，使焊接效果达到最佳。

3    结语

奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀使其安全运行受到严重影响，需要通过选取超低碳材质的不锈钢制品以及合理的焊接工艺，严格把控焊接作业的全过程来确保奥氏体不锈钢的焊接达到生产标准，使晶间腐蚀现象的发生率降至最低，从而从根本上提升奥氏体不锈钢压力容器运行的安全性与稳定性。

[参考文献]

[1]贾飞.奥氏体不锈钢焊接中的晶间腐蚀敏感性试验简述[J].机电信息，2017（21）：87-88.

[2]黄嘉琥.关于奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性试验的各种标准中一些问题的探讨[J].压力容器，2013（1）：54-59.

[3]侯天宇，李萍，陈雷，等.304奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的非线性超声表征[J].材料工程，2017（10）：73-75.