浅析不锈钢晶间腐蚀形成原因及预防措施

缪伟

分类号：TG142.71

摘要：不锈钢是具有优良性能的金屬材料，具有良好的力学性能、耐均匀腐蚀性能和焊接性能，被广泛应用于工业、化工等行业中。但是据实际情况来看，虽然不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，依然会出现晶间腐蚀情况，不利于设施的正常应用，尤其是对于石油、化工行业来说。目前，我国现代化技术发展迅速，材料领域较之过去有明显进步，对于不锈钢晶间腐蚀的防范，应重点从其产生原因方面来制定相应的防范措施。本文中，笔者重点探究了不锈钢晶间腐蚀的形成原因及预防措施。

关键词：晶间腐蚀;贫铬;敏化;合金元素

一、不锈钢晶间腐蚀产生的机理

1.贫铬理论

所谓的晶间腐蚀指的就是在一种特定的介质内，其中存在的晶粒基体、晶界以及晶间化合物能够形成微电池效应，该效应能够导致晶粒间丧失结合力，从而使金属表面出现了局部的腐蚀。 不锈钢材料之所以会出现晶间腐蚀情况，与铬元素密切相关，在不锈钢的生产炼制过程中，在温度达到400～850℃后，会达到敏化区间，而此时，奥氏体内会因析出碳化铬，进而生产贫铬区，给晶间腐蚀的发生形成了隐患。贫铬区的产生是不锈钢晶间腐蚀的重要影响因素，在不锈钢生产制造过程中，因温度的升高，碳元素会因温度的升高而固溶于奥氏体机基体中，在温度下降时，碳元素会因温度变化而出现饱和、扩散至晶界的情况，从而会出现析出碳化铬的情况。总之，可以总结为材料处于特定的腐蚀介质作用下、不锈钢具有晶间腐蚀敏感性。

2.晶界吸附理论

若不锈钢材料为加热至1050℃的超低碳级不锈钢，工作于强氧化环境，会因材料内部的多种杂质元素而出现晶界吸附情况，进而引发晶间腐蚀情况。

二、预防晶间腐蚀的方法

1.采用含碳量低的不锈钢

从前文中对于不锈钢晶间腐蚀情况的原因分析来看，铬元素是导致晶间腐蚀的主要影响因素之一，且在不锈钢的生产过程中，因贫铬区的产生导致产生了大量的碳化铬，进而给不锈钢后期出现晶间腐蚀埋下了隐患。对此，当前在进行不锈钢生产或选择不锈钢材料时，要重视选择含碳量少的材料，如可选择S30403。

2.提高铬、钼的含量

不锈钢材料之所以会出现晶间腐蚀情况，也与其晶间腐蚀敏感性有关。钢材料中存在有许多的元素，钼、铬便是其中的主要化学元素，分子、原子状态稳定，但若是其铬和钼的含量较低，那么极有可能会出现晶界处被破坏的钝化状态，因此，当下在不锈钢的生产中，想要避免晶间腐蚀情况的出现，应当适当提高铬和钼元素的含量，降低不锈钢晶间腐蚀敏感性[2]。另外，要想要进一步生产，使得不锈钢达到奥氏体状态，可在提高钼和铬含量的基础上继续提升镍含量。

3.固溶处理

常规不锈钢的生产过程中，温度虽然较高，但整体升温速度缓慢，在达到晶间腐蚀敏感温度区域时进行冷却，会因温度降低缓慢而出现碳化铬大量析出的情况;对此，应当做好相应的固溶处理，即在不锈钢生产时，迅速将温度升高至1050℃，随后快速冷却至室温，如此一来，不锈钢材料进入晶间腐蚀敏感温度区域的时间便会极短，进而使得碳化铬析出量明显降低甚至未析出。同时，据调查统计来看，目前各领域中常用的双相不锈钢原材料、奥氏体不锈钢均采用了针对性的固溶处理。

4.加入稳定化元素并进行稳定化处理

其实，不锈钢材料出现晶间腐蚀的原因实质是金属元素性质稳定性不高，尤其是其中的铬元素，对此，也可从稳定化处理的角度出发来预防不锈钢晶间腐蚀情况的发生，即增加稳定性更强的金属元素。一般情况下，稳定化处理过程中可选择铌和钛，此两类金属元素稳定性强，在不锈钢生产过程中通过加入钛或铌，可以通过其较高的亲和力生成碳化铌或碳化钛，在其析出后，会阻碍碳化铬的生成，进而制约了贫铬区的形成，达到了预防晶间腐蚀情况的目的。另外，含钛元素的不锈钢虽然不会出现晶间腐蚀情况，但却会出现刀状腐蚀，因此在实际的工业领域中，对其应用范围较为狭窄，多选用超低碳不锈钢或低碳不锈钢。

5.采用双相不锈钢

目前，双相不锈钢也较为常用，可以有效降低晶间腐蚀情况的出现。双相不锈钢指的便是在奥氏体基础上增加不小于15%铁素体的钢材料。要知道，在铁素体中，含有呈晶界分布的镍元素，而镍元素具有降低炭活化度的作用，在不锈钢生产时，因镍元素影响，温度达到敏化温度区间时，也会极大的降低碳化铬的析出，阻止贫铬化的情况的发生[3]。

6.减轻材料的敏化程度

在不锈钢材料的生产过程中，可通过参照其TTS曲线来进行生产。通过各曲线图可知，时间、温度、敏感性是影响不锈钢材料的重要指标，且不锈钢在降温时，会有一段时间进入敏化温度区域（400～850℃），在这一阶段会析出碳化铬，形成贫铬区，这也是导致不锈钢材料出现晶间腐蚀的直接原因。当下，要从实际出发，围绕降低敏化程度来降低晶间腐蚀情况的出现。前文中提到，不锈钢材料多被应用于石油和工业领域中，大部分以管道材料的形式体现，但管道材料必须要根据实际情况进行相应的焊接、消除应力退火热处理等操作，若温度较高，且冷却速度慢，便会析出大量碳化铬，对此，在实际应用中，工作人员应重视控制温度，避免达到不锈钢材料敏化温度区域;而对于消除应力退火热处理，应当将温度严格控制在<400℃。

7.进行晶间腐蚀的敏感性检验

不锈钢材料一般被作为压力容器材料，其必须要有较高的安全性，但不锈钢材料的晶间腐蚀情况便会严重影响压力容器的整体安全性，对此，企业的安全管理部门要重视这一问题，定期进行不锈钢材料晶间腐蚀敏感性检验，对于不合格的容器要及时更换。

三、结语

随着我国材料领域的发展，对于不锈钢晶间腐蚀的防范较之过去有明显提升，但在实际应用中依然存在有许多的不足，这对大范围应用不锈钢材料的企业来说是一个不好的情况。本文中，笔者重点分析了导致不锈钢材料出现晶间腐蚀情况的原因以及防范措施，希望可以对不锈钢材料性能的提升提供帮助。

参考文献：

[1]张林阳，郑虹，宋庆军，陈兵华，王达鹏，吕岩. 不锈钢材料在汽车上的应用及其焊接性浅析[J]. 汽车工艺与材料，2020（09）：12-19.

[2]亓晨达，李浩波. 浅析不锈钢晶间腐蚀形成原因及预防措施[J]. 宁波化工，2019（01）：26-28.

[3]余艳妮，张健康，李美岁. 基于不锈钢堆焊层晶间腐蚀原因浅析[J]. 科技创新与应用，2016（24）：151.

（唐山三友化工股份有限公司纯碱分公司研发部 河北唐山063305）