不銹鋼晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕如何區(qū)分

    在不銹鋼的問題上經(jīng)常提到應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕 ，他們的腐蝕到底有什么不同呢？如何區(qū)分呢？

    1、晶間腐蝕 晶粒間界是結(jié)晶方向不同的晶粒間紊亂錯(cuò)合的界域 ，因而，它們是金屬中各溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物沉淀析出的有利區(qū)域 。在某些腐蝕介質(zhì)中，晶粒間可能先行被腐蝕。這種沿著材料晶粒間界先行發(fā)生腐蝕 ，使晶粒之間喪失結(jié)合力的局部破壞現(xiàn)象，稱為晶間腐蝕 。特點(diǎn)是金屬的外形尺寸幾乎不變 ，大多數(shù)仍保持金屬光澤，但金屬的強(qiáng)度和延性下降 ，冷彎后表面出現(xiàn)裂縫，失去金屬聲 ，作斷面金相檢查時(shí)，可發(fā)現(xiàn)晶界或毗鄰區(qū)域發(fā)生局部腐蝕，甚至晶粒脫落，腐蝕沿晶界發(fā)展推進(jìn)較為均勻。

    2、應(yīng)力腐蝕 金屬材料在應(yīng)力（拉應(yīng)力）和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，經(jīng)過一定時(shí)間后出現(xiàn)低于材料強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象，致使金屬材料失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂 。特點(diǎn)是出現(xiàn)腐蝕裂縫甚至斷裂，裂縫的起源點(diǎn)往往在點(diǎn)腐蝕小孔或腐蝕小坑的底部 ；裂縫擴(kuò)展有沿晶間、穿晶粒和混合型三種，主裂縫通常垂直于應(yīng)力方向，多半有分枝 ；裂縫端部尖銳 ，裂縫內(nèi)壁及金屬外表面的腐蝕程度通常很輕微，裂縫端部的擴(kuò)張速度很快 ，斷口具有脆性斷裂的特征 。 首先  ，試驗(yàn)方法不同，晶間腐蝕試驗(yàn)采用硫酸和硫酸銅 ，加熱溫度650℃左右 ；應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)采用沸騰氯化鎂，加熱到1025℃  。 其次，試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，晶間腐蝕試驗(yàn)是考核沿晶界的局部腐蝕情況 ；應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)是考核表面裂紋所顯示的應(yīng)力承受水平。 其相同之處是，都是針對(duì)不銹鋼的檢驗(yàn) ，都是當(dāng)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)有疑問時(shí)，采用金相檢驗(yàn)予以確認(rèn)。 金屬晶界區(qū)域的溶解速度遠(yuǎn)大于晶粒本體的溶解速度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，產(chǎn)生原因主要是金屬晶界區(qū)的物質(zhì)同晶粒本體的電化學(xué)性質(zhì)有差異（外在要具有適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)在該介質(zhì)條件下足以顯示出晶界物質(zhì)同晶粒本體之間的電化學(xué)性質(zhì)差異 ，而這種差異引起不等速溶解）。

    當(dāng)固溶處理后的奧氏體不銹在500~850溫度范圍內(nèi)加熱時(shí)過飽和的碳就要全部或部分地從奧氏體中析出 ，形成鉻地碳化物，分布在晶界上，析出的碳化鉻的含鉻量比奧氏體基體的含鉻量高得多  ，含鉻量這樣高的碳化晶界析出必然使碳化物附近的晶界區(qū)貧鉻，形成貧鉻區(qū)，貧鉻區(qū)的電解密度比晶粒本體溶解電解密度大很多 ，從而使貧鉻區(qū)優(yōu)先溶解 ，產(chǎn)生晶間腐蝕。 

    應(yīng)力腐蝕：是指在靜拉伸力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的，是定向的陽極溶解形成的。 應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象包括四個(gè)要素： 1、敏感的金屬材料； 2、特定的介質(zhì)環(huán)境； 3、處于張應(yīng)力狀態(tài)下； 4、經(jīng)過一定的時(shí)間。 晶間腐蝕沿著邊界發(fā)生的選擇性腐蝕稱為晶間腐蝕,因?yàn)榻饘俚淖罘€(wěn)定的結(jié)構(gòu)是它特有的結(jié)晶點(diǎn)陣,晶界則是晶粒間的錯(cuò)接區(qū),因而晶界是高能區(qū),具有更強(qiáng)的化學(xué)活性,一般晶界比晶粒腐蝕得快。

     若晶界明顯活躍得多，就產(chǎn)生晶間腐蝕 ，其含義是晶界或其臨近產(chǎn)生局部腐蝕，至于具體腐蝕原因和過程，則依不同的合金而異。 18-8奧氏體不銹鋼在500～800攝氏度溫度范圍內(nèi)加熱后 ，變得敏化 ，易于發(fā)生晶間腐蝕，幾乎一致認(rèn)為 ，奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的理論是基于晶界貧鉻。普通的18-8不銹鋼，一般含碳量為0.06～0.08％。當(dāng)含碳量約為0.02％或更高時(shí)，在500～800攝氏度范圍內(nèi) ，Cr23C6實(shí)際上不固溶，并從固體中沉淀出來，結(jié)果使與晶界臨近的金屬中的鉻含量降低，貧鉻區(qū)發(fā)生腐蝕 。 防止或減緩晶間腐蝕的措施： a.選用抗晶間腐蝕的合金; b.選擇合適的熱處理工藝，如鋁合金過時(shí)效處理； c.在確定焊接工藝，鋁合金膠接及銑切工藝 ，回避容易產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度下處理 。 

     鍋爐受壓組件在腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的作用下所引起的損壞稱為應(yīng)力腐蝕，其表現(xiàn)的形式是腐蝕與裂紋同時(shí)出現(xiàn)。應(yīng)力腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕 ，一般從金屬表面應(yīng)力集中缺陷處或電學(xué)腐蝕的狹長(zhǎng)溝處開始，在拉應(yīng)力的作用下，腐蝕不斷向深處發(fā)展，裂紋也不斷向深處發(fā)展，由于裂紋處的應(yīng)力很高，腐蝕又是大面積的陰極和小面積的陽極組合，因此腐蝕裂紋擴(kuò)展速度很快 。應(yīng)力腐蝕裂紋的宏觀特征為裂紋基本上與應(yīng)力方向垂直；微觀特征為裂紋可能是沿晶間或穿晶 ，也可能是沿晶間和穿晶的混合型。這與材料、腐蝕介質(zhì)、溫度、應(yīng)力等因素有關(guān)。應(yīng)力腐蝕裂紋斷口宏觀形態(tài)為脆性斷裂，沒有塑性變形的痕跡，斷口表面失去金屬光澤，有時(shí)可以看到腐蝕的痕跡和產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物一般呈灰黑色。常見的應(yīng)力腐蝕有苛性脆化和腐蝕疲勞。

    正解如下： 【晶間腐蝕】 在某一溫區(qū)加熱后，金屬材料的晶界上可能析出化合物，這樣將導(dǎo)致晶界附近（晶間）有益耐蝕性的元素貧化，如果此時(shí)不具備消除這種局部化學(xué)成分變化的條件 ，這種區(qū)域?qū)⒁恢北３植?dǎo)致此區(qū)域在今后的材料服役過程中嚴(yán)重腐蝕、甚至斷裂，這就是晶間腐蝕。 通常在發(fā)生晶間腐蝕的材料表面難以觀察到明顯的變化，但材料表面層各晶粒之間的結(jié)合力已經(jīng)顯著削弱 。 不銹鋼中的析出的主要是Cr的碳化物，而Cr是不銹鋼具有耐腐蝕性能的主要基礎(chǔ)元素 ，Cr在晶間的貧化是導(dǎo)致晶間腐蝕的主要原因，可以通過合理的熱處理消除晶間貧Cr  、避免不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕。 順便提一句，在不銹鋼之外的多種合金材料上均可能發(fā)生晶間腐蝕，但不同的材料對(duì)不同的腐蝕介質(zhì)敏感。

【應(yīng)力腐蝕】 在沒有腐蝕介質(zhì)接觸的情況下，金屬材料所承受的應(yīng)力（主要是拉應(yīng)力）只要不大于材料的強(qiáng)度 ，即使發(fā)生了明顯的變形 ，材料也不至于發(fā)生斷裂破壞。然而 ，當(dāng)材料與腐蝕介質(zhì)接觸時(shí)，即使材料承受的應(yīng)力遠(yuǎn)低于它的屈服強(qiáng)度，它 也會(huì)在一定時(shí)間后發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象就是應(yīng)力腐蝕  ，前述的“一定時(shí)間”就是斷裂壽命。介質(zhì)不變時(shí)，應(yīng)力越大、斷裂壽命就越短 ；應(yīng)力不變時(shí)，介質(zhì)濃度  、溫度、壓力（尤其是有害雜質(zhì)的分壓）將制約材料的斷裂壽命。 通常情況下應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致的金屬材料斷裂為脆性斷裂 ，材料的內(nèi)應(yīng)力（例如相變引起的組織應(yīng)力 、冷作硬化引起的殘余應(yīng)力等）也會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。因而 ，通常情況下，同一種金屬材料的強(qiáng)度和硬度越高，則抗應(yīng)力腐蝕的能力越差；韌性和塑性越好，則抗應(yīng)力腐蝕的性能也越好 。

    另外，一般認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕斷裂與氫脆有關(guān)。 多數(shù)金屬材料會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，但不同材料的敏感介質(zhì)不同。

     對(duì)不銹鋼等鐵基合金而言，Ni含量的提高將顯著改善它的抗應(yīng)力腐蝕性能，一般認(rèn)為當(dāng)含Ni量大于40%時(shí)，合金對(duì)應(yīng)力腐蝕將變得不再敏感，而實(shí)際情況會(huì)復(fù)雜得多。 晶間腐蝕 ：當(dāng)奧氏體不銹鋼在425度-870度之間保持足夠的時(shí)間 ，碳化鉻（Cr23C6）首先沉積在奧氏體晶界上。這種沉積物形式被認(rèn)為是敏化作用 。當(dāng)被敏化的材料在相當(dāng)強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)中接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，就會(huì)發(fā)生晶間腐蝕。 敏化處理的制度 ：一般為650度保溫0.5-2h。雙相鋼為650度保溫半小時(shí)（0.5h）。

    當(dāng)制造過程中溫度超過400度時(shí)，要提供敏化處理的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。 晶間腐蝕產(chǎn)生的條件是： 1.酸性介質(zhì) ，如 ，工業(yè)醋酸、硝酸、鹽酸、甲酸等，但氣相 酸不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕?；旧纤械娜跛岫紝?duì)奧氏體不銹鋼有晶間腐蝕。

    2.溫度〉50度 防止晶間腐蝕大致有三種  ：

    1.固溶化處理；將金屬加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到飽和固溶體的工藝稱固溶處理。 固熔化處理指加熱到1100℃，使析出物重新分解熔入奧氏體內(nèi)，經(jīng)淬火進(jìn)入一次穩(wěn)定區(qū)。 通過固溶處理鉻鎳不銹鋼將高溫組織在室溫下固定下來獲得被碳過飽和的奧氏體，以改善鉻鎳不銹鋼的耐腐蝕性  。此外，它還能提高鉻鎳不銹鋼的塑性和韌性。

    2.降低鋼中含碳量盡量使用超低碳（C<=0.03%）鋼種；這樣在晶間處鉻的含量減少可基本保持在安全限度內(nèi)  。因?yàn)樘己苌倌敲次龀龅腃r23C6就很少 ，也基本上造成晶間貧鉻的機(jī)會(huì)就很小了。

    3.添加穩(wěn)定碳化物的元素Ti或Nb。穩(wěn)定化處理指加熱到875℃保溫2小時(shí)空冷。使碳化物充分析出，使鉻元素充分?jǐn)U散 。從而進(jìn)入二次穩(wěn)定區(qū)。