奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

自上世紀二十年代工業界采用奧氏體不銹鋼以來，發現這類鋼焊接后，溫度為450℃～800℃的熱影響區在許多介質中產生晶間腐蝕。這些介質主要是熱的濃度為50%～65%的硝酸，含銅鹽和氧化鐵的硫酸溶液、熱有機酸等。后來發現這類鋼在450℃～800℃工作，或在該溫度下進行時效處理（或保溫或緩慢冷卻）時，也會得到由于焊接加熱的同樣效果。這種時效處理會導致不銹鋼晶間腐蝕的敏感性，所以又稱敏化處理。而把容易引起晶間腐蝕的溫度區間450℃～800℃稱為敏化溫度。

近年來的研究證明，這種腐蝕形式不僅在鉻鋼、鉻鎳鋼中存在，而且在鎳、銅、鋁基合金中也存在。晶間腐蝕產生的原因是晶界和晶內的化學成分不均勻性。

在不銹鋼和鎳基合金中，晶間腐蝕的機制可以分為三種基本類型：一是腐蝕與保證材料在該介質中耐蝕的元素沿晶界區貧化有關；二是腐蝕與沿晶界析出物的化學穩定性有關；三是腐蝕由降低基體耐蝕性的表面活性元素沿晶界偏析所引起。

奧氏體不銹鋼晶間腐蝕主要是在敏化溫度區間內容易導致沿晶界析出連續網狀富鉻的（Cr,Fe）23C6。從而使晶界周圍基體產生貧鉻區，貧鉻區的寬度約為10-5cm。在析出（Cr,Fe）23C6時間不太長的時間內，由于鉻的擴散速度較慢，貧鉻區得不到恢復。貧鉻區的產生使得晶界附近的鉻含量被降低到n/8量限度以下，因而貧鉻區成為微陽極而發生腐蝕。若在敏化溫度范圍內長期加熱，則可通過鉻的擴散消除貧鉻區，晶間腐蝕傾向可以被消除。

由于鋼的耐蝕性和碳化物反應有關，顯然，在奧氏體鋼中碳的含量和它的熱力學活性，決定著鋼的晶間腐蝕傾向。對于碳含量，由于Cr18Ni9鋼中的奧氏體在600℃以下C的溶解度為0.02%，此時幾乎沒有（Cr,Fe）23C6析出。實際上當C≤0.03%時即不發生晶間腐蝕。所以解決不銹鋼晶間腐蝕傾向的最有效辦法是生產超低碳不銹鋼，使鋼中C≤0.03%，如00Cr18Ni10鋼。對于影響C的熱力學活性的元素，凡是提高C的活性的元素（如鎳、鈷、硅）都促進形成晶間腐蝕；凡是降低C的活性的元素（錳、鉬、鎢、釩、鈮、鈦）都阻礙形成晶間腐蝕。為此常在奧氏體不銹鋼中加入強碳化物形成元素鈦或鈮，形成穩定的TiC或NbC，固定鋼中的C。如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb等。

鋼中有10%～50%體積的δ鐵素體，可以改善奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。由于δ鐵素體在500℃～800℃間發生相間沉淀，（Cr,Fe）23C6在δ/γ相界δ相一側析出呈點狀，排除了在奧氏體晶界析出（Cr,Fe）23C6，且δ相內鉻的擴散系數比γ相內高103倍，不致產生貧鉻區。必須指出的是，不僅析出碳化鉻會引起晶界的貧鉻，析出氮化鉻、σ相也會引起晶界的貧鉻。

總之，為了防止奧氏體鋼的晶間腐蝕傾向，通常可以在鋼的成分設計和熱處理工藝上采取以下措施：

在鋼的成分設計上，一方面降低鋼中的碳含量；另一方面在鋼中加入穩定的碳化物形成元素（Ti、Nb），析出特殊碳化物，消除晶間貧鉻區。為此，鈦或鈮在鋼中的含量分別為：0.8%≥Ti≥5（C%-0.02%），1.0%≥Nb≥10（C%-0.02%）。此外，鋼中還需嚴格限制氮、磷、硅、硼等雜質元素含量。

在熱處理工藝上，奧氏體不銹鋼通常采用1050℃～1100℃的淬火（固溶處理），以保證固溶體中碳和鉻的含量。對于非穩定性鋼進行退火，使奧氏體成分均勻化，消除貧鉻區；對于穩定性鋼，將鉻的碳化物轉變為鈦、鈮的特殊碳化物，保證耐蝕所需要的固溶體含鉻水平。