ECAP辅助304奥氏体不锈钢的晶界工程研究(3)

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奥氏体不锈钢的部分应用

图 1.1 奥氏体不锈钢的部分应用

奥氏体不锈钢不仅具有优异的机械性能，而且还具有在常规条件下良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于石油、化工和发电站等工业领域。然而，在奥氏体不锈钢的使用过程中，因为其晶间腐蚀和晶间应力腐蚀开裂，经常出现泄露事故，给企业造成巨大的经济损失，并严重影响人身和生产安全。因此，提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀和晶间应力腐蚀能力，对延长奥氏体不锈钢构件的使用寿命和确保石油、化工设备及电站的安全运行具有重要的意义。

1.2 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀极其控制方法

1.2.1 奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢含有Cr18%、Ni约9%、C约0.1%时，在常温下具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢不锈钢家族中最重要的成员,其生产量和使用量约占不锈钢总量的70%。在食品生物、石油化工等多种行业中得到广泛应用与发展[1]。

1.2.2 晶间腐蚀现象及其机理

晶间腐蚀比较常见，不易检查，不经注意就会造成设备突然破坏，所以不锈钢如果遭受到这种腐蚀，则危害性极大[2]。统计显示这类腐蚀约占总腐蚀类开裂的10.2％[3]。

奥氏体不锈钢特定的腐蚀环境和特定的温度范围下容易发生晶间腐蚀，除了不可预见性，晶间腐蚀也促进整体腐蚀的发展，危害性较严重，从而对奥氏体不锈钢晶间腐蚀的研究，是多年来的研究重点。

根据文献介绍可发现，晶间贫铬是奥氏体不锈钢晶间腐蚀的首要原因。奥氏体不锈钢敏化温度范围内，由于原子半径大小的不同，C扩散速度大于Cr而且C比较容易向晶界处扩散，与Cr形成复杂的不稳定的间隙碳化物Cr23C6，并在晶界析出[4]。

然而因为Cr原子半径较大，扩散较慢而得不到及时补充，从而Cr23C6中的Cr大部分来自晶界附近的奥氏体组织。这样当晶界处的Cr含量较低时，晶界附近就形成了晶界贫铬区与中心富铬区组成的电化学电池，从而降低了基体抗腐蚀能力。图1.2为奥氏体不锈钢中Cr23C6相沿晶界析出及晶间腐蚀电池形成的示意图[5]。

图1.2碳铬化合物沿晶界析出及腐蚀电池形成示意图

1.2.3 晶间腐蚀的影响因素及相应措施[6]

晶间腐蚀的影响因素很多，受影响比较大的因素有腐蚀介质的种类、温度、冷却速度、组织结构、含碳量以及合金元素等等。针对不同的因素采取不同措施，以降低奥氏体不锈钢的发生率。

在加热过程中，尽量避开敏化温度范围，同时通过提高加热或冷却速度来减少在敏化温度区的停留时间，可以提高奥氏体不锈钢耐腐蚀性能。

碳元素对不锈钢的晶间腐蚀起着关键性的作用。当碳含量较小时，就没有足够的碳析出与铬结合。当碳含量高于0.08wt％时，析出的碳逐渐增多，在晶界处形成的碳化铬也随之增加，从而就产生了贫铬区，造成了晶间腐蚀。所以不锈钢的耐腐蚀性能受到碳含量的重要影响。由此超低碳奥氏体不锈钢是现代不锈钢的发展方向，低碳含量以及超低碳含量减少与铬的结合机会，从而大大降低了晶间腐蚀的可能性。

不锈钢主要因为生成了碳化铬而产生的贫铬区而发生了晶间腐蚀，故可以采取添加一些与碳结合能力大于铬的元素的办法。因此，在不锈钢中加入钛、铌等元素，与碳结合成稳定的TiC、NbC，如果钢中还含有0.002 wt％的N元素时，Nb又可以与N形成高稳定性的NbN、NbC、NbN不仅可以提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能，而且提高钢的韧性和屈服强度，并降低脆性转变温度。但不是合金元素越多越好，有时候会造成其他不利的影响。