304管由于常温下(xia)力学性能良好(hao),并且(qie)耐腐蚀性能(neng)优异,因(yin)而在各个领域广(guang)泛使用。但是304管在450~850℃使用过程中极易产生(sheng)晶间腐蚀和晶间应力腐蚀,导致工件的(de)失效破坏引(yin)发严重事故,造成巨(ju)大(da)的经济损失,并严重危及生产和人身安全。本文就304管晶(jing)间腐蚀影(ying)响因素(su)及相应措施展开(kai)论述。
晶间腐蚀是由于晶粒和晶界成分不(bu)均,在(zai)一定腐蚀介质下构成自发(fa)的微电偶,从而引起的材料(liao)局(ju)部腐蚀(shi)行(xing)为。晶间腐(fu)蚀是沿着材料(liao)的晶界不断扩展(zhan)的。腐蚀源(yuan)于表面,沿晶(jing)界网络(luo)向内部扩(kuo)展和渗透,大大削弱(ruo)材料晶粒之间的(de)结合强度,在宏观上表现为(wei)力学性能严重降低。晶间腐蚀发生时不易被发现,表面(mian)上腐蚀部位具有金属光泽,实际(ji)服役受力时极易破碎,导致设(she)备瞬间失效(xiao),猝不及防,造成极大危害。
304管晶间腐(fu)蚀影响因素及(ji)相应措施 1.腐蚀介质(zhi)的影响。腐蚀介质的种(zhong)类及成分(fen)决定了晶(jing)间腐蚀(shi)的产生与否,以及腐蚀程度。一般来说,酸、碱、氯化物,都会对304管产生比较(jiao)严重的化学腐蚀。而(er)且腐(fu)蚀介质的浓度(du)越大,产生的腐蚀程度就越严重。因而实际应用中,都会在(zai)材料表面镀一层耐(nai)腐蚀层从而杜绝腐蚀介质和金属的直接接(jie)触。
2.温度的影响。奥氏体不锈钢的敏化温度区间为450~850℃,在此敏化温度范围内会(hui)产生Cr23C6,导致晶间腐(fu)蚀能力(li)降低。有效地控制工(gong)件(jian)的工作温度低于450℃就不会在晶界处(chu)产生铬的偏析,或者温度高(gao)于850℃,晶粒内部铬扩散速度加快,会使得晶界处有足够(gou)的铬,不会形成贫铬区,从(cong)而降低腐蚀产生的可(ke)能性。
3.含碳量的(de)影响。不锈钢管晶间腐(fu)蚀与碳元素的含量息息相关。当碳含量较低(di)时(shi),碳与(yu)铬的结合倾向较小。当(dang)碳含量高于0.08%wt时,碳(tan)的扩散量会增大,此时析出的碳则会增加,易于在(zai)晶界处形成的(de)碳化铬,从而(er)生成了贫铬区域(yu),引(yin)起材(cai)料的晶间腐蚀,所以(yi)碳含量和晶间腐蚀(shi)息息相关,通(tong)过控制304管的碳含量能够有效(xiao)地抑制晶间(jian)腐蚀。
4.合金元(yuan)素的影(ying)响。在不锈钢中添(tian)加一些强(qiang)碳化(hua)物(wu)形成元素,这样碳就不会优先与铬发生反应(ying),晶间(jian)附近难(nan)以形成贫铬区,抑制晶间腐蚀现象的产生,从而提高(gao)不(bu)锈钢(gang)发生晶间腐蚀(shi)抗力(li)。一般情况下,在不锈钢中优先加入钛、铌等合金元素,这些元素不仅可以提高(gao)不锈钢(gang)的耐晶间腐蚀性能,而且能(neng)够改善钢的强度和韧性,并降低脆性转(zhuan)变温度。
5.热处(chu)理工艺的影响。热处理对奥氏体不(bu)锈钢的抗晶间腐蚀能力影响很大,合适(shi)的热处理工艺可以消除(chu)贫铬区、稳定金属组(zu)织。比如固溶处理后水淬,奥氏体(ti)组织在迅速冷却过程中来不(bu)及发生相变,保持了高温的单相奥氏体组织状态,有利于(yu)消除晶(jing)间腐蚀。另外,在(zai)高温下使(shi)用304管时,加快冷(leng)却速度或(huo)加热速度,缩短(duan)在敏化温度(du)范围(wei)停留的时间,抑制碳化物的析出,可(ke)以(yi)防止晶间腐蚀的产生。
目前,为避免晶间腐蚀现象的出现,一般(ban)采用的方法为:在合金中加入强碳化物(wu)形成元素,如Ti和Nb;采用足够快的冷却速度,使构件快速通过敏化温度区间;降低碳含量(liang),减少(shao)碳化铬的析出。但是这些方法都存在一(yi)定的局限性,不能从根本上改善304管的晶(jing)间腐蚀性能。有(you)关晶界结构的(de)研究表明,晶界腐蚀与晶界结构密切相关,低Σ重合(he)位置点阵晶界(也称特殊晶界)对滑移、断裂、腐(fu)蚀和应力腐蚀有强烈的抑制作用(yong),而自由晶界(jie)由于具有高的能量和高的移动性,常成(cheng)为裂(lie)纹生长的核心和裂纹扩(kuo)展的(de)通道,从而导致晶间腐蚀裂纹和晶间应力腐蚀裂纹的出现。因此,要(yao)从根本上防(fang)止奥氏体不锈钢(gang)晶(jing)间腐(fu)蚀必须从晶(jing)界的控制和设计入手,通过合理的(de)手段产生更多的特殊晶(jing)界从而有效地抑制(zhi)合金元素在晶(jing)界偏析,改善不锈钢的晶间(jian)腐蚀性能(neng)。