不锈钢晶间腐蚀试验与分析

一、实验目的

1. 掌握影响奥氏体不锈钢晶间腐蚀的因素；

2. 掌握不锈钢晶间腐蚀试验的方法；

二、实验原理

18-8型奥氏体不锈钢在许多介质中具有高的化学稳定性，但在400-800℃范围内加热或在该温度范围内缓慢冷却后，在一定的腐蚀介质中易产生晶间腐蚀。晶间腐蚀的特征是沿晶界进行浸蚀。使金属丧失机械性能，致使整个金属变成粉末。

1. 晶间腐蚀产生的原因

一般认为在奥氏体不锈钢中，铬的碳化物在高温下溶入奥氏体中，由于敏化（400-800℃）加热时，铬的碳化物常于奥氏体晶界处析出，造成奥氏体晶粒边缘贫铬现象，使该区域电化学稳定性下降，于是在一定的介质中产生晶间腐蚀。为提高耐蚀性能，常采用以下两种方法。

(1) 将18-8型奥氏体不锈钢碳含量降至0.03%以下，使之减少晶界处碳化物析出量，而防止发生晶间腐蚀。这类钢成称为超低碳不锈钢，常见的有00Cr18Ni10。

(2) 在18-8型奥氏体不锈钢中加入比铬更易形成碳化物的元素钛或铌，钛或铌的碳化物较铬的碳化物难溶于奥氏体中，所以在敏化温度范围内加热时，也不会于晶界处析出碳化物，不会在腐蚀性介质中产生晶间腐蚀。为固定18-8型奥氏体不锈钢中的碳，必须加入足够数量的钛或铌，按原子量计算，钛或铌的加入量分别为钢中碳含量的4-8倍。

2. 晶间腐蚀的试验方法

晶间腐蚀的试验方法有C法、T法、L法、F法和X法。这里介绍容易实现的C法和F法。

试样状态：

(1) 含稳定化元素（Ti或Nb）或超低碳（C≤0.03%）的钢种应在固溶状态下经敏化处理的试样进行试验。敏化处理制度为650℃保温1小时空冷。

(2) 含碳量大于0.03%不含稳定化元素的钢种，以固溶状态的试样进行试验；用于焊接钢种应经敏化处理后进行试验。

(3) 直接以冷状态使用的钢种，经协议可在交货状态试验。

(4) 焊接试样直接以焊后状态试验。如在焊后要在350℃以上热加工，试样在焊后要进行敏化处理。

试样制备：

(1) 试样从同一炉号、同一批热处理和同一规格的钢材中选取。

铸件试样从同一炉号的钢水浇铸的试块中选取。

含稳定化元素钛的钢种，在该炉号最末浇铸的试块中选取。

焊后试样从产品相同的钢材和焊接工艺焊成的试样上选取。

(2) 试样热处理应在试样磨光前进行。试样表面无氧化、光洁。

试验方法：

C法：

草酸电解浸蚀试验。

(1) 试验溶液：100克草酸溶解于900毫升蒸馏水中。

(2) 试验程序：

a. 检验面用酒精或丙酮洗净，干燥。

b. 试样为阳极，不锈钢为阴极。

c. 容器内溶液的多少，视容器大小而定。

d. 接通电源，电流密度按试样试验部分的表面积计算，每平方厘米1安培，试验溶液温度为20-50℃，试验时间为15分钟。

e.试验后试样洗净，干燥。在显微镜下放大150-500倍评定。

F法：

(1) 试验装置：带盖塑料试验容器，恒温水浴槽。

(2) 试验溶液：25%硝酸，加2%氟化钠。

溶液配制：在塑料容器内，加入593毫升蒸馏水和277毫升比重为1.39的

65%硝酸，在70℃时加入20克氟化钠，待氟化钠溶解后，立即注入试验容器进行试验。(3) 试验程序：

a：试样用氧化镁或丙酮除油、洗净，干燥。

b：试验容器中放入塑料支架，试样置于支架上，试样之间互不接触。

c：溶液量按试样表面积计算，每平方厘米不少于5毫升。

d：在70±1 ℃试验3小时，防止溶液蒸发损失。

e：试验后取出试样，刷去腐蚀产物，洗净、干燥。

3. 试验结果的评定

(1) C法评定

用金相显微镜观察试样的浸蚀部位，放大倍数150-500倍，压力加工试样的腐蚀组织分为四级，见表1，铸件、焊接件试样的腐蚀组织分为三级，见表2。表1

级别组织特征

一级晶界没有腐蚀沟，晶粒之间成台阶状

二级晶界有腐蚀沟，但没有一个晶粒被腐蚀沟包围

三级晶界有腐蚀沟，个别晶粒被腐蚀沟包围

四级晶界有腐蚀沟，大部分晶粒被腐蚀沟包围

表2

级别组织特征

一级晶界有腐蚀沟，铁素体被显现

二级晶界有不连续的腐蚀沟，铁素体被腐蚀

三级晶界有连续的腐蚀沟，铁素体被严重腐蚀

(2) F法试验后的试样，厚度小于或等于1毫米时弯曲角度为180℃，弯心直径等于试样厚度；厚度大于1毫米时弯曲角度为90℃（压力加工试样弯成Z字型），弯心直径等于5毫米。焊接试样沿熔合线进行弯曲。

(3) 弯曲后的试样用10倍放大镜观察，若只有一个试样上发现有裂纹，即有晶间腐蚀倾向。当试样不能进行弯曲或弯曲裂纹性质可疑时，用金相法评定。金相试样经浸蚀后，在150-500倍金相显微镜上观察，如发现晶间腐蚀，即有晶间腐蚀倾向。

三、实验内容

1. 检验并分析00Cr18Ni10焊接钢板的晶间腐蚀倾向

2. 检验并分析1Cr18Ni9冷变形钢板的晶间腐蚀倾向

四、实验材料及设备

材料： 00Cr18Ni10和1Cr18Ni9不锈钢板

仪器设备：电阻炉，砂轮机，抛光机，电解腐蚀仪、显微镜

五、实验步骤

1. 按标准要求处理、制备试样。

2. 按标准要求配制腐蚀液。

3. 按标准进行试验并评定晶间腐蚀倾向。

六、实验报告

1. 实验原理

2. 实验步骤

3. 实验结果分析