304不銹鋼晶間腐蝕

1、材料腐蝕與防護(hù)結(jié)課作業(yè)304奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕報(bào)告班級(jí)：成型1303班姓名：趙旭男學(xué)號(hào)：20132336304奧氏體不銹鋼 是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，鋼中含Cr約18% 含Ni約8% C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。它是一種很常見的不銹鋼材 料，業(yè)內(nèi)也叫做18/8不銹鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但 強(qiáng)度較低，不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，具有良好的易 切削性。304奧氏體不銹鋼的防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強(qiáng)，密度為 7.93 g/ ?它在耐高溫方面也比較好，最高可承受1000c1200C。它具有優(yōu)良的 耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性

2、能， 加工性能好且韌性高，被廣泛應(yīng)用。適用 于食品的加工儲(chǔ)存、家庭用品、汽車配件、醫(yī)療器具、化學(xué)建材，農(nóng)業(yè)船舶部件 等。304奧氏體不銹鋼中最為重要的元素是 Ni和Cr,但是又不僅限于這兩種元 素。對(duì)于304奧氏體不銹鋼來說，其成分中的 Ni元素十分重要，直接決定著它 的抗腐蝕能力。它正是因?yàn)橛凶銐蚝康你?，其保護(hù)性氧化膜是自愈性的。當(dāng)其 薄膜破壞時(shí)，？?+?重新形成新的保護(hù)性氧化薄膜。致使它能進(jìn)行機(jī)械加工也不失 去抗氧化性能。然而當(dāng)金屬含銘量不夠或某些原因造成不銹鋼品界貧銘，就不能形成保護(hù)性氧化膜。這就說明不銹鋼之所以不銹，關(guān)鍵在于要有足夠的銘和足夠 的氧。止匕外，Ni與Cr配合，在不銹鋼中

3、發(fā)揮著重要作用。Ni在不銹鋼中的主要作 用在于其改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)，形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，從而改善和加強(qiáng)Cr的鈍化機(jī)理，具抗晶間腐蝕能力得到提高表1XCSiMnPSCrNiN3040.010<1.0<2.0<0.045<0.0318.0/20.08.00/10.0<0.10347<0.08<1.0<2.0<0.045<0.0317.0/19.09.00/13.0<0.10321<0.08<1.0<2.0<0.045<0.0317.0/19.09.00/12.0<0.10304、347、321鋼的

4、化學(xué)成分表格1(%)奧氏體不銹鋼在許多介質(zhì)環(huán)境中容易發(fā)生品間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等腐蝕類型。 在其中加入不同元素可得到不同特性，加 Mo改 善點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕，降低 C含量或加入Ti和Nb可減少晶間腐蝕傾向，加 Ni 和Cr可改善高溫抗氧化性和強(qiáng)度，加Ni改善抗應(yīng)力腐蝕性能。我查閱了品間腐 蝕的相關(guān)資料，因?yàn)橐郧霸诮饘賹W(xué)與熱處理里接觸過晶間腐蝕，而且在材 料腐蝕與防護(hù)的課堂上，自己對(duì)晶間腐蝕也更感興趣。品間腐蝕是一種常見的局部腐蝕，遭受這種腐蝕的不銹鋼，表面看來還很光 亮，但只要輕輕敲擊便會(huì)破碎成細(xì)粒。 由于晶間腐蝕不易檢查，會(huì)造成設(shè)備突然 破壞，所以危害性極大。奧氏體不

5、銹鋼是工業(yè)中應(yīng)用最廣的不銹鋼之一， 多半在 約427c816c的敏化溫度范圍內(nèi)，在特定的腐蝕環(huán)境中易發(fā)生晶間腐蝕， 品問 腐蝕也會(huì)加快整體腐蝕。圖1圖2晶間腐蝕的示意圖1和顯微鏡下的圖片2典型的奧氏體不銹鋼一般是在固溶處理狀態(tài)下使用，于常溫下腐蝕介質(zhì)中工 作，它的耐蝕性能是基于鈍化作用。 奧氏體不銹鋼含有較高的銘，銘易氧化形成 致密的氧化膜，能提高鋼的電極電位，因此具有良好的耐蝕性能。當(dāng)含銘量18% 含鍥量8%寸，能得到均勻的奧氏體組織，且含銘和鍥量越高，奧氏體組織越穩(wěn)定， 耐蝕性能就越好，故通常沒有晶間腐蝕現(xiàn)象。但如果再次加熱到450c850c或 在此溫度區(qū)間工作，且鋼中含碳量超過 0.02

6、 %0.03 % ,又缺少Ti、Nb等能控 制碳的元素時(shí)，處于腐蝕介質(zhì)中往往就可以見到品間腐蝕現(xiàn)象。這說明，品間腐蝕和鋼的成分（碳和碳化物形成元素）有關(guān)，還與加熱條件 有關(guān)?，F(xiàn)已有一些學(xué)說對(duì)晶間腐蝕現(xiàn)象做了解釋，其中腐蝕機(jī)理主要有“貧 Cr理論”和“晶界雜質(zhì)選擇性溶解理論”等。貧Cr理論：C在奧氏體中的飽和溶解度小于0.102%, 一般不銹鋼的碳含量都 高于這個(gè)數(shù)值。當(dāng)不銹鋼從固溶溫度冷卻下來時(shí)，C處于過飽和狀態(tài)，受到敏化處理時(shí)，a口Cr形成碳化物(主要為？?23?)在晶界析出。由于？?含Cr量很高， 而Cr在奧氏體中擴(kuò)散速率很低，這樣就在晶界兩側(cè)形成了貧Cr區(qū)。即品界區(qū)和晶 粒本體有了明顯的

7、差異，晶粒與晶界構(gòu)成活態(tài)-鈍態(tài)的微電偶結(jié)構(gòu)，造成晶界腐蝕。晶界雜質(zhì)選擇性溶解理論： 在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中不銹鋼也會(huì)發(fā)生晶間腐蝕， 但 晶間腐蝕不是發(fā)生在經(jīng)過敏化處理的不銹鋼上， 而是發(fā)生在經(jīng)固溶處理的不銹鋼上。對(duì)于這類晶間腐蝕顯然不能用貧Cr理論來解釋，而要用品界雜質(zhì)選擇性溶解 理論來解釋。當(dāng)晶界上析出了6相(FeCr金屬間化合物)，或是有雜質(zhì)偏析，在強(qiáng) 氧化性介質(zhì)中便會(huì)發(fā)生選擇性溶解， 從而造成晶間腐蝕。 而敏化加熱時(shí)析出的碳 化物有可能使雜質(zhì)不富集或者程度減輕，從而消除或減少晶間腐蝕傾向。另外，晶間腐蝕的機(jī)理還有“晶界吸附理論”、“亞穩(wěn)沉淀相理論”等等。這些理論，彼此并不矛盾，互為補(bǔ)充。晶間腐

8、蝕機(jī)理的研究十分重要，可以應(yīng)用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，研究晶間原子結(jié)構(gòu)的改變、斷口形貌、化學(xué)成分的變化、腐蝕的過程、 腐蝕產(chǎn)物的成分以及晶界合金元素的相互影響等， 進(jìn)一步解釋晶間腐蝕現(xiàn) 象。在研究 304奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的腐蝕機(jī)理后，進(jìn)一步探討不銹鋼腐蝕的影響因素化學(xué)成分、 晶粒尺寸和熱處理工藝， 而化學(xué)成分的影響主要分為以 下四點(diǎn)。(1)C元素的影響：C含量是影響304不銹鋼品間腐蝕主要的因素，304不銹鋼 抗晶間腐蝕的能力，會(huì)隨著含碳量的降低而升高。C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好低于0.08%,這時(shí)晶界中能夠析出C的數(shù)量較少。在晶界形成碳化物？?機(jī)會(huì)也隨之減少， 不易在晶界處會(huì)形成貧銘區(qū)。如果C勺質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過

9、0.08%,產(chǎn)生品間腐蝕的傾向 就會(huì)大大增加。(2) Cr元素的影響：在奧氏體不銹鋼中，Cr含量的增加，在低敏化溫度區(qū)會(huì) 加速晶間腐蝕；在高敏化溫度區(qū)，則會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)生晶間腐蝕的時(shí)間。一般認(rèn)為，在低于550c是受Cr的擴(kuò)散控制，而高于此溫度是受碳化物的生成速度控制。因此在溫度低時(shí)，低5銹鋼也易于敏化。奧氏體不銹鋼中Cr的含量應(yīng)超過13%如果 更低，則會(huì)嚴(yán)重降低抗晶間腐蝕的能力。(3) Ni元素的影響：在不銹鋼中加入Ni,使鋼獲得完全奧氏體組織。奧氏體 不銹鋼中，隨著Ni含量的增加，殘余的鐵素體可完全消除，使鋼材本身沒有形成 微電池的能力，這也是避免不銹鋼被腐蝕的主要原因。但隨Ni含量的增加，會(huì)降低

10、CE奧氏體不銹鋼中的溶解度，從而使碳化物？?析出傾向增強(qiáng)，所以Ni含量的增加，會(huì)增大晶間腐蝕的敏感性。(4) Ti、Nbr£素的影響：如在不銹鋼中的加入Ti、Nb等與C勺結(jié)合能力比Cr 更強(qiáng)的元素，能夠與僚合合成穩(wěn)定的碳化物，可以避免在奧氏體中形成貧銘區(qū)。 Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，可形成穩(wěn)定的TiC,可降低基體的碳含量，穩(wěn)定Cr含量， 最主要的作用是使鋼中的C優(yōu)先與Ti形成穩(wěn)定的TiC,而無法形成Cr的碳化物，避 免出現(xiàn)晶界貧鉻現(xiàn)象，增強(qiáng)晶間抗蝕能力。晶粒尺寸的影響 : 隨著晶粒尺寸的減小，晶間腐蝕速率降低。這是因?yàn)榫ЯＴ酱螅瑔挝惑w積的晶界面積越大，形成Cr的碳化物越多，貧Cr越嚴(yán)重

11、，因而品問 腐蝕速率更大。另外，晶界的形貌也會(huì)影響奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕的敏感性。熱處理工藝的影響固溶處理和穩(wěn)定化處理。(5) 1)固溶處理：為了保證304奧氏體不銹鋼具有最好的耐蝕性，必須使其具有單相奧氏體組織， 因此對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行固溶化處理。 固溶處理， 就是將奧 氏體不銹鋼加熱到1100c左右，使碳化物相全部或基本溶解，CEI溶于奧氏體中， 然后快速冷卻至室溫，使C4到過飽和狀態(tài)。強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗腐蝕 性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型，這樣就不會(huì)在晶界處形成“貧鉻區(qū)”，也就會(huì)降低發(fā)生晶間腐蝕的幾率。不銹鋼在加熱過程中，在敏化溫度區(qū)停留時(shí)間越短， 發(fā)生晶間腐蝕的機(jī)會(huì)越

12、小。 經(jīng)過固溶處理后， 鋼中碳化物全部溶于 奧氏體組織，然后采取水淬快冷，不讓奧氏體在冷卻過程中有析出或發(fā)生相變。這樣在室溫狀態(tài)下， 可以獲得單相奧氏體組織， 消除晶間腐蝕傾向。 固溶化處理 技術(shù)條件是：加熱850c900C,保溫6h,隨爐冷卻。( 2) 穩(wěn)定化處理： 穩(wěn)定化處理通常為固溶處理的后續(xù)處理工藝， 一般針對(duì)含 Ti、Nb的鋼種。將這種鋼冉加熱到850c900c保溫一定時(shí)間，在該溫度下 ?幾乎全部?§解，而TiC和NbCR是部分溶解。而后緩冷，在冷卻過程中，鋼中的C充分地與Ti、Nb等結(jié)合，而析出TiC、NbC而不析出？?，提高抗晶問 腐蝕性能。如果不進(jìn)行穩(wěn)定化處理，在敏化

13、溫度區(qū)間（450C850C）,?依然 會(huì)優(yōu)先沉淀出來，這就是穩(wěn)定化處理的必要性。對(duì)304奧氏體不銹鋼其穩(wěn)定化處理的工藝條件為：將工件加熱到850c900C,保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，快速冷卻。通過 304奧氏體不銹鋼晶間腐蝕機(jī)理、腐蝕影響因素的了解， 可以總結(jié)出不銹鋼晶間腐蝕的防護(hù)措施。（ 1）嚴(yán)格控制含碳量：碳是造成晶間腐蝕的主要元素，碳含量在0.08%以下時(shí)，能夠析出碳的數(shù)量少；碳含量在0.08%以上時(shí)，則析出碳的數(shù)量迅速增加。所以選用低碳和超低碳不銹鋼避免形成 Cr的碳化物，使晶間腐蝕敏感性降低到最 小值。當(dāng)C勺質(zhì)量分?jǐn)?shù)要降低到0.03%以下（所謂超低碳不銹鋼）， 便可避免晶 間腐蝕，才能在最危

14、險(xiǎn)的敏化溫度下加熱1000 h,而不產(chǎn)生晶間腐蝕。降低不銹 鋼中的C含量，這是防止不銹鋼品間腐蝕的最重要的措施。（ 2）添加 Ti 、 Nb 等合金元素：不銹鋼中加入鈦或鈮的目的是為了防止晶間腐蝕。 鈦和鈮都是強(qiáng)碳化物形成元素， 它們是作為形成穩(wěn)定的碳化物， 從而防止 品間腐蝕而加入不銹鋼中的。一般認(rèn)為，品間腐蝕是CA飽和的奧氏體中以？?？ 形態(tài)析出， 造成晶界處奧氏體貧鉻所致， 防止晶界貧鉻是防止晶間腐蝕的有效方法。將各種元素按與C的親和力排列，順序?yàn)椋篢i>V>Nb>W>Mo>Cr>MTi和Nbtf C 的親和力都比Cr大，把它們加入鋼中后，CK先與它們

15、結(jié)合生成TiC或NbC這樣 就避免了析出?2?3?6?而造成晶界貧鉻。為了促使TiC或NbC勺析出，含TiC或者NbC勺不銹鋼必須經(jīng)過穩(wěn)定化處理。 穩(wěn) 定化處理一般是在固溶處理后進(jìn)行，含 Ti、NbB勺奧氏體不銹鋼，在固溶處理后， 將鋼加熱到850c900c后彳溫5小時(shí)然后空冷，此時(shí)Cr的碳化物完全溶解，Ti 或N瞅化物不完全溶解，且在冷卻過程中充分析出，使碳不可能再形成Cr的碳化 物，因而有效地消除了晶間腐蝕。（3）固溶淬火處理：把鋼加熱至950c1150 C左右，保溫一段時(shí)間，使碳 化物和各種合金元素充分均勻地溶解于奧氏體中， 然后快速淬火冷卻， 碳及其它 合金元素來不及析出或少量析出，從

16、而起到防止晶間腐蝕的作用。（ 4） 調(diào)整鋼中組織比例，形成雙相不銹鋼： 通過調(diào)整鋼中奧氏體形成元素與鐵素體形成元素的比例，使其具有奧氏體+鐵素體雙相組織，其中鐵素體占5%-12%。這種雙相組織不易產(chǎn)生晶間腐蝕，這是因?yàn)殍F素體含鉻量高，能夠補(bǔ)充晶界因形成高鉻碳化合物所引起的貧鉻， 所以具有良好的耐晶間腐蝕能力。 又由于降低了鎳含量， 比單純的奧氏體不銹鋼強(qiáng)高。 雙相不銹鋼由于具有奧氏體和鐵素體的共同優(yōu)點(diǎn)， 所以近年來發(fā)展較快， 從分類方面講已經(jīng)成為一種新的不銹鋼種 類。碳含量是影響奧氏體不銹鋼品間腐蝕的最主要因素，不銹鋼中的C含量小于0.03%,晶間腐蝕敏感性大大降低，其敏感性隨C含量的增加而增加；采用超低C的 不銹鋼時(shí)， 減少鋼中雜質(zhì)的含量和固溶處理， 是控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕最有 效的措施；通過固溶后的穩(wěn)定化處理，可以顯著提高304奧氏體不銹鋼的耐蝕性能；適當(dāng)提高固溶溫度至1100c ,再經(jīng)850c900c保溫的穩(wěn)定化處理，能穩(wěn)定 提高不銹鋼的抗晶間腐蝕性能。由于奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的綜合性能和成熟的加工制造工藝， 所以應(yīng)用會(huì)更加廣泛，