奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防措施
压力容器不锈钢晶间腐蚀的形成机理及试验方法
压力容器不锈钢晶间腐蚀的形成机理及试验方法作者：马宗萌来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第02期摘要：介绍不锈钢的晶间腐蚀机理，奥氏体不锈钢在敏化温度区内，碳向晶界扩散，并且碳与铬形成碳化铬，导致晶间贫铬，晶体内外出现电位差，产生电化学腐蚀，即为晶间腐蚀。
晶间腐蚀在特定介质下无法避免，需根据腐蚀环境选择合理的材质及进行晶间腐蚀试验，以判定不锈钢是否具有晶间腐蚀倾向。
关键词：不锈钢;贫铬;晶间腐蚀1 不锈钢晶间腐蚀概述随着社会的发展，材料的进步，碳钢的大量应用让人们认识到了钢材腐蚀的严重性，以及腐蚀带来的安全事故频发。
通过向碳钢中填加合金元素发明了不锈钢。
不锈钢耐腐蚀能力很强，有优良的耐均匀腐蚀性能以及良好的力学、焊接性能，但并不是万能的。
由于奥氏体不锈钢压力容器所产生的晶间腐蚀属于局部腐蚀，隐蔽性很强，不易发现。
对压力容器的安全运行造成极大隐患，易发生安全事故。
因此本文探讨分析奥氏体不锈钢晶间腐蚀的形成原因，以及怎么采取措施降低晶间腐蚀的影响。
不锈钢因填加合金元素和冶炼方法区别形成不同的钢种。
按照钢材晶相组织结构可以分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体--铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和近年研发的超级不锈钢;按照化学成分可以将不锈钢分为铬镍不锈钢和铬不锈钢两大类。
奥氏体不锈钢因优异的性能和相对得到了广泛的应用。
2 不锈钢晶间腐蚀的理论基础晶间腐蚀是指不锈钢在特定的腐蚀介质接触中，晶粒、晶界、基体和晶间化合物之间形成微电池效应，导致腐蚀从金属的表面开始，沿晶界不断向晶粒内部发展，造成不锈钢晶粒间结合力降低，不锈钢强度降低，严重时会造成材料的完全失效。
晶间腐蚀虽然在不锈钢表面没有形成严重的腐蚀痕迹，外表看不出腐蚀的迹象，但晶间腐蚀为沿晶界发展的裂纹，金属原有的物理、机械性能几乎完全丧失，导致其在很小的载荷下，便有可能发生材料的破裂失效。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理是贫铬理论：不锈钢因填加铬元素而有很高的耐蚀性，经研究铬含量14%～18%的不锈钢有极佳的耐蚀性，但铬含量≤12%时其耐蚀性能和普通碳钢差不多。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因
奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因要写一篇关于“奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因”的文章，首先我们得先了解一下奥氏体不锈钢这位“大明星”。
不锈钢在日常生活中可谓无处不在，从厨具到建筑，真是个“百搭”。
而奥氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀性和韧性受到大家的喜爱，但它却有一个不太好听的毛病——晶间腐蚀。
好比是你在聚会上大肆欢笑，结果发现衣服上沾了点酱油，尴尬得不要不要的。
1. 什么是晶间腐蚀？1.1 定义与特征简单来说，晶间腐蚀就是金属材料内部某些区域发生的腐蚀，想象一下你家里的墙壁，表面看起来完好，但其实里面早已“开了小花”。
这种腐蚀主要出现在材料的晶界，也就是金属的“分界线”，在这里，材料的结构变得比较脆弱，容易受到侵袭。
最典型的表现就是出现小孔或者裂缝，简直是“内忧外患”啊！1.2 原因探讨那么，晶间腐蚀究竟是从哪里来的呢？首先，要说的是奥氏体不锈钢里含有镍和铬等合金元素，这些元素虽然能增强耐腐蚀性，但如果处理不当，反而会形成一些“小圈子”。
就好比你们几个朋友总在一起，久而久之，关系就变得微妙，开始互相“拆台”。
在高温环境下，碳会与铬结合，导致铬的分布不均，给腐蚀留下了“缝隙”。
2. 环境因素的影响2.1 氧化与化学介质接下来，我们再看看外部环境的影响。
奥氏体不锈钢最怕的就是那些含氯的东西，比如海水、盐水，甚至是厨房里的清洁剂，这些化学介质可不是什么善类！它们就像“海盗”，一旦侵入，就开始大肆掠夺，损害金属的结构。
遇到这种情况，金属的“防线”立刻被攻破，腐蚀就开始“得寸进尺”。
2.2 温度与湿度而且，温度和湿度也是关键因素。
高温潮湿的环境就像是给了腐蚀一个“开挂”的机会。
想象一下，一个人在炎热的夏天里，浑身湿透，那种不适感真是“烦不胜烦”。
同理，金属在这种环境下也会变得更加脆弱，腐蚀的速度比平时快多了。
3. 如何防止晶间腐蚀？3.1 合理选材说到这，大家肯定想知道，怎么才能避免这种尴尬的情况呢？首先，选材很重要，尽量选择高品质的奥氏体不锈钢，合金成分要稳定，避免那些“易变心”的材料。
不锈钢晶间腐蚀控制措施
不锈钢晶间腐蚀控制措施1 问题的提出技术统一规定中通常包括“奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境, 焊后应做固溶或稳定化处理”, 提出这样的要求, 自有其存在的合理性。
但即使设计人员在图样的技术要求中提出这一条, 要求制造厂进行不锈钢制容器(比如换热器) 的焊后热处理, 由于实际热处理工艺参数难以控制和其他一些意想不到的困难, 通常难以达到设计人员提出的理想要求, 实际上在役的不锈钢设备绝大部分是在焊后态使用。
这就促使我们去思考:晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀形式, 那么产生晶间腐蚀的机理是什么? 在什么介质环境下会引起晶间腐蚀?防止和控制晶间腐蚀的主要方法有哪些?奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境焊后是否都要热处理?本文查阅有关的标准、规范,专著,结合生产实际谈谈个人看法。
2 晶间腐蚀的产生机理晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀, 腐蚀沿着金属或合金晶粒边界或它的临近区域发展, 而晶粒腐蚀很轻微,这种腐蚀便称为晶间腐蚀,这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱。
严重的晶间腐蚀,可使金属失去强度和延展性,在正常载荷下碎裂。
现代晶间腐蚀理论, 主要有贫铬理论和晶界杂质选择溶解理论。
2. 1 贫铬理论常用的奥氏体不锈钢, 在氧化性或弱氧化性介质中之所以产生晶间腐蚀, 多半是由于加工或使用时受热不当引起的。
所谓受热不当是指钢受热或缓慢冷却通过450～850 ℃温度区, 钢就会对晶间腐蚀产生敏感性。
所以这个温度是奥氏体不锈钢使用的危险温度。
不锈钢材料在出厂时已经固溶处理,所谓固溶处理就是把钢加热至1050～1150 ℃后进行淬火, 目的是获得均相固溶体。
奥氏体钢中含有少量碳, 碳在奥氏体中的固溶度是随温度下降而减小的。
如0Cr18Ni9Ti , 在1100 ℃时, 碳的固溶度约为0. 2 % , 在500～700 ℃时, 约为0.02 %。
所以经固溶处理的钢,碳是过饱和的。
当钢无论是加热或冷却通过450～850 ℃时,碳便可形成( Fe 、Cr) 23C6 从奥氏体中析出而分布在晶界上。
预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施
预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施1. 了解晶间腐蚀的原因晶间腐蚀是奥氏体不锈钢材料常见的腐蚀形式之一，其主要原因是晶界处的铬被耗尽，导致晶界区域的电位降低，进而引发腐蚀。
了解晶间腐蚀的原因，对于采取正确有效的预防措施至关重要。
2. 合理设计合金成分调整不锈钢材料的合金成分，是预防晶间腐蚀的重要手段之一。
通过控制含碳量、添加稳定元素如钼、铌等，可以有效提高晶界处的耐腐蚀性能，减少晶间腐蚀的风险。
3. 控制材料的冷处理过程材料的冷处理过程对于晶间腐蚀的抑制起着至关重要的作用。
合理控制冷处理温度、时间以及冷却速率，可以减少或避免晶间腐蚀的发生。
此外，采用稳定化处理，如固溶态稳定化处理和时效稳定化处理，也能有效提高晶间腐蚀的抗性。
4. 选择合适的焊接方法和焊接材料在使用奥氏体不锈钢材料进行焊接时，选择适合的焊接方法和焊接材料对于预防晶间腐蚀至关重要。
采用低碳含量的焊材、合理的焊接工艺以及合适的预热和后热处理措施，能够减少晶间腐蚀的风险。
5. 加强材料的表面保护为了进一步增强奥氏体不锈钢材料的抗晶间腐蚀能力，可以通过加强表面保护措施来实现。
例如，采用适当的氧化膜处理、增加材料的表面硬度、提高表面平整度等方式，可以有效降低晶间腐蚀的风险。
6. 加强使用维护管理除了上述措施外，加强使用维护管理也是预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的重要环节。
定期检查材料的表面情况、应用环境的腐蚀性、保持材料的清洁和干燥等，都可以帮助延长材料的使用寿命，并减少晶间腐蚀的发生。
通过上述措施的综合应用，可以大大降低奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的风险，提高材料的使用寿命和综合性能。
预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施（续）7. 避免接触有害物质和介质接触有害物质和腐蚀性介质是导致晶间腐蚀的主要原因之一。
因此，避免不锈钢材料与有害化学物质、强酸、强碱等具有腐蚀性的介质接触是非常重要的。
选择合适的存放和使用环境，以及采取密封和屏障保护措施，可以有效降低晶间腐蚀的风险。
奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防措施
设备运维奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防措施黄慧（柳州市特种设备检验所，广西柳州545006）摘要：奥氏体不锈钢压力容器由于出现晶间腐蚀情况，会使整个结构出现早期失效情况，不仅会对钢材的正常使用造成影响，还会导致出现生产事故，增加企业的经济损失，还会提升人力物力成本。
所以需要深入探索奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的产生原因，并且按照不同原因提出针对性地预防处理措施，全面发挥出奥氏体不锈钢的性能，促进社会的发展。
关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；晶间腐蚀；原因随着工业生产的快速发展，在现代石油行业，制药行业以及化工行业等均已广泛应用不锈钢制品，该类物品在国民经济发展中具有重要作用。
然而由于企业在使用不锈钢时没有正确认识该种材料，因此时常发生生产事故问题[1]。
由于奥氏体不锈钢压力容器所产生的晶间腐蚀会对该压力容器的运行安全性和稳定性造成极大影响，因此本文主要是探讨分析奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因，希望能够找寻到降低晶间腐蚀破坏影响的措施，从前期设计以及认知等方面入手，希望能够预防和处理奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀问题，并且为相关人员起到参考性价值。
1奥氏体不锈钢的基本分析一般情况下，不锈钢是指暴露在空气中能够抵抗腐蚀的钢材料，按照钢材组织结构可以分为奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体不锈钢，铁素体不锈钢以及马氏体不锈钢；按照化学成分可以将不锈钢分为铬镍不锈钢和铬不锈钢。
其中应用最为普遍的是奥氏体不锈钢。
纯铁在常温条件下的存在形式为α-Fe，该存在形式晶格为体心立方结构，单位晶胞原子数为2，致密度为0.68。
纯铁在高温环境下晶体结构为γ-Fe，晶格为面心立方结构，单位晶胞原子数为4，致密度为0.74。
晶格以此为单位进行扩展，邻近晶格共用同一个原子，这样能够扩大为立体结构。
若材料由单晶格扩展形成，就属单晶，比如电子行业所使用的单晶硅[2]。
若材料是由多种晶格所共同发展，则属于多晶体，奥氏体不锈钢的晶间是两个独立晶格所相交的位置。
不锈钢腐蚀原因及预防措施详解
不锈钢腐蚀原因及预防措施详解一、不锈钢引起点蚀的因素及防止措施不锈钢极好的耐腐蚀性能是由于在钢的表面形成看不见的氧化膜，使其成为是钝态的。
该钝化膜的形成是由于钢暴露在大气中时与氧反应，或者是由于与其他含氧的环境接触的结果。
如果钝化膜被破坏，不锈钢就将继续腐蚀下去。
在很多情况下，钝化膜仅仅在金属表面和局部地方被破坏，腐蚀的作用在于形成细小的孔或凹坑，在材料表面产生无规律分布的小坑状腐蚀。
出现点蚀很可能是存在与去极剂化合的氯化物离子，不锈钢等钝态金属的点蚀常起因于某些侵蚀性阴离子对钝化膜的局部破坏，保护有高耐腐蚀性能的钝态通常需要氧化环境，但正好这也是出现点蚀的条件。
产生点蚀的介质是在C1-、Br-、I-、ClO4-溶液中存在Fe3+、Cu2+、Hg2+等重金属离子或者含有H2O2、O2等的Na+、Ca2+碱和碱土金属离子的氯化物溶液。
点蚀速率随温度升高而增加。
例如在浓度为4%-10%氯化钠的溶液中，在90℃时达到点蚀造成的重量损失最大；对于更稀的溶液，最大值出现在较高的温度。
防止点蚀的方法：（1）避免卤素离子集中。
（2）保证氧或氧化性溶液的均匀性，搅拌溶液和避免有液体不流动的小块区域。
（3）或者提高氧的浓度，或者去除氧。
（4）增加pH值。
与中性或酸性氯化物相比，明显碱性的氯化物溶液造成的点蚀较少，或者完全没有（氢氧离子起防腐蚀剂的作用）。
（5）在尽可能低的温度下工作。
（6）在腐蚀性介质中加入钝化剂。
低浓度的硝酸盐或铬酸盐在很多介质中是有效的（抑制离子优先吸咐在金属表面上，因此防止了氯化物离子吸咐而造成腐蚀）。
（7）采用阴极防腐。
有证据表明，用与低碳钢、铝或锌电隅合阴极保护的不锈钢在海水中不会造成点蚀。
含钼2%-4%的奥氏体型不锈钢具有良好的耐点蚀性能。
使用含钼奥氏体型不锈钢可显著减少点蚀或一般腐蚀，腐蚀介质例如氢化钠溶液、海水、亚硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。
二、不锈钢的晶间腐蚀及预防措施含碳量超过0.03%的不稳定的奥氏体型不锈钢（不含钛或铌的牌号），如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。
奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验
三、晶间腐蚀试验方法 核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法
标准号 试样尺寸 ASTM A262E GB/T4334 E RCC-M MC1300 5-13 厚 ,9-25 宽 , 最 小 80-100 长 ， 20mm 厚 ,3-4mm 长 × 宽 × 厚 75mm长 厚 70×10×4mm 试样数量： 3 个， 1 个参 考试样，1个焊后热处理 态试样(若产品需要焊后 热处理态 ) ， 1 个经敏化 处理后的试样； 675 650 700 1h 2h 加热至700±，加热时间 不 超 过 5min ， 保 温 30min 后 ， 缓 慢 随 炉 冷 却(60±/h)至后，空冷 将 硫 酸 铜 将 硫 酸 铜 质量百分比： 10% 结晶 (CuSO4· 5H2O) 溶 解 于 (CuSO4· 5H2O)(GB/T 665 分 硫酸铜， 10% 硫酸 ( 密度 700ml 蒸馏水中，再加 析纯 ) 溶解于 700ml 蒸馏水或 1.83)，80%蒸馏水 入100ml硫酸(比重1.84)， 去离子水中，再加入 100ml 用 蒸 馏 水 稀 释 至 纯硫酸(GB/T 625 优级)，用 1000ml( 质量百分比： 蒸 馏 水 或 去 离 子 水 稀 释 至 约 6% 无 水 硫 酸 铜 ， 1000ml 16%硫酸)
一、晶间腐蚀的机理 晶间腐蚀机理
1)晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论 非敏化态晶间腐蚀机理主要是晶间区偏析杂质或第二相选 择性溶解理论。 该理论认为，偏析于晶界上的杂质元素(如P和Si)或沉淀析 出相(如σ相或亚显微的σ相)的选择性溶解是引起晶间腐蚀 的原因。 2)贫Cr理论 奥氏体不锈钢敏化态晶间腐蚀的机理主要是贫Cr理论。
二、晶间腐蚀的防止和消除 控制加热温度和时间
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化曲线
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化曲线一、引言奥氏体不锈钢是一种常见的金属材料，具有良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于化工、食品加工等行业。
然而，奥氏体不锈钢在特定条件下可能会发生晶间腐蚀敏化现象，导致材料性能下降甚至失效。
为了更好地理解奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化，本文将对其曲线特征及影响因素进行全面评估，并探讨相关的防范和处理措施。
二、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化曲线特征1. 晶间腐蚀敏化曲线概述奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化曲线是指在一定条件下，材料在腐蚀介质中的耐腐蚀性能随时间的变化曲线。
曲线上出现的敏化区域是指奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感度增加，易发生晶间腐蚀的区域。
了解晶间腐蚀敏化曲线的特征对于评估材料的腐蚀性能至关重要。
2. 影响因素奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化曲线受多种因素影响，主要包括材料化学成分、加工工艺、腐蚀介质、温度等。
其中，铬、镍、钼等元素含量和相对含量的变化对晶间腐蚀敏化曲线的形状和位置有明显影响。
材料的热处理状态、应力状态、腐蚀介质的溶液成分、温度等因素也会对晶间腐蚀敏化曲线产生影响。
三、奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏化的防范和处理1. 预防措施为了防止奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀敏化，可以从材料选择、工艺控制和环境保护等方面采取相应措施。
选择符合规定的奥氏体不锈钢牌号及规格是预防晶间腐蚀的首要措施。
采取适当的加工工艺和热处理工艺有助于改善材料的晶间腐蚀敏化倾向。
在使用过程中要注意避免材料受到外部应力或化学介质的损害，保护材料表面免受腐蚀介质的侵蚀。
2. 处理措施一旦奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀敏化，应及时采取相应的处理措施。
对于已发生晶间腐蚀的材料，可以通过酸洗、电化学处理、喷砂处理等方式进行修复。
在处理过程中需注意控制处理工艺参数，避免对材料性能产生不利影响。
在处理后要对材料进行严格的质量检查，以确保修复后的材料能够满足要求的使用条件。
四、个人观点和理解奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化曲线反映了材料在腐蚀介质中的性能变化规律，对于预防和处理晶间腐蚀具有重要意义。
奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防
要的原因之一
。晶间腐 蚀发 生后 ， 金属 虽然 表面 仍保 持一
定的金属光泽 ， 也看不 出被破坏 的迹象 ， 但晶粒 间的结合力 已显 著减弱 ， 强度 下降 ， 弯后 表 面出 现裂 缝 ， 器容 易遭 到破 坏。 冷 容
晶间腐 蚀隐 蔽性 强 ， 突发性 破坏 几率 大… ， 因此有 严重 的危害 性， 尤其在焊接时 ， 焊缝附近 的热影响区更容易发生 晶间腐蚀 。
锈钢产生 晶间腐蚀 的基本机理 ， 并提出了四种 预防不锈钢制压力容器产生 晶间腐蚀的措施。
关键 词 ： 奥氏体不锈钢； 压力容器； 晶间腐蚀
Ｔｈ ａ ｏ ｆＣｏ ｒ ｓｏ ｆＡｕ ｔｎ ｔｃ Ｓ ａｎ ｅｓＳ ｅ ｌＰｒ ｓｕ ｅ Ｖｅｓ ｌ ｎ ｅ ｅ ｔｏ ｅ Ｒｅ ｓ ｎ ｏ ｒ ｏ ｉｎ ｏ ｓｅ ｉｉ ｔｉ ｌｓ ｔ ｅ ｅ ｓ ｒ ｓｅｓａ ｄ Ｐ ｖ ｎ ｉｎ ｒ
阳极电位 ， 减缓基体 电化学腐蚀 。然而不锈钢在 ３０Ｃ以上 的热 ０￣ 过程中 ， 晶粒边界会 析出碳化铬 、 氮化铬和铬 的其 他金属 间的化 合物等铬含量高 于甚 至大 大高 于不锈钢平 均铬 含量 的高铬相 ， 致使 晶界高铬相与晶粒外缘相邻 接的狭长 区域 的铬含量大 大下
降 ， 为贫铬 区（ 称 详见 图 １ 晶界 析 出及 贫铬区示 意图 ） ． 。当热过
由于奥 氏体不 锈钢 容器 在 氧化 和弱 氧化介 质 中会产 生 晶间 腐
蚀， 或使设备局部腐 蚀穿漏 ， 或使 材料 丧失力 学性 能 ， 以 晶问 所 腐蚀失效的研究及 预防成为奥 氏体不锈 钢压力容器设 计 中必不
可 少 的 一 个 环节 。
１ 晶 间腐 蚀 的成 因
铬 区（ 阳极 ）
晶间腐蚀及其预防
晶间腐蚀
晶间腐蚀是指构件金属材料的晶界及邻近部位优先受到腐蚀，而晶粒本身不被腐蚀或腐蚀很轻微的一种局部腐蚀。
奥氏体不锈钢晶尖腐蚀的贫铬论是当前最广泛使用的理论，认为晶尖腐蚀是由于晶界贫铬引起，当不锈钢构件在对晶尖腐蚀敏感的温度（称敏化温度）范围内停留一定时间时，就会产生晶尖腐蚀。
当刚才在制成构件的过程中或以后使用的过程中，当其受热或冷却通过450——800℃的敏化温度范围时，过饱和的碳形成（Fe，Cr）23C6从奥氏体基体中析出而分布在晶界上。
高铬量的碳化物析出消耗了晶界附近大量的碳和铬，而消耗的铬应为扩散速度比碳慢，不能从晶粒中得到补充，使晶界附近的含铬量低于钝化保护必须的限量（即含铬1 2%）而形成贫铬区，钝态受到破坏后的电位下降，而晶界本身仍要维持较高的电位钝态，在腐蚀介质中晶界与晶粒构成活态-钝态微电池，由于贫铬区的宽度很狭窄，电池具有小阳极大阴极的面积比，导致晶界区腐蚀。
预防措施
1、尽可能降低钢中的含碳量，以减少或避免晶界上析出碳化物。
钢中含碳量低于0.02%时不宜产生晶尖腐蚀。
2、采用适当的热处理以避免晶界沉淀相析出或改变晶界沉淀相的类型。
3、在不锈钢中加入适当的稳定元素钛或铌，或加入微量的晶界吸附元素硼，控制晶间沉淀和晶界吸附。
4、选用奥氏体-铁素体（不形成连续网状）双向不锈钢，这类钢具有良好的抗晶间腐蚀能力。
参考《金属构件失效分析》。
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奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及
预防措施
摘要：碳析出相是产生奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的最主要因素。
晶间侵蚀
并不在金属材料外表上产生损伤痕迹，但金属材料外表仍有光泽，而事实上，晶
粒之间的相互作用力还在不断地减小，在冷弯影响下，金属材料外表极易形成裂纹，甚至会对钢制的压力容器产生损伤。
晶间侵蚀的遮蔽性和摧毁力都较强，所
产生的影响也相当严重。
对奥氏体不锈钢压力容器晶间侵蚀问题可采取相应的的
防治和解决方法，如使用超低碳不锈钢板，在热技术完成后进行热固溶强化处理后，再进行热稳定性管理、均匀化处理后，在焊缝中减小热线能量注入，并进行
焊缝控制。
通过上述方法的使用，可大大降低奥氏体不锈钢压力容器发生晶间腐
蚀现象的概率。
关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；晶间腐蚀原因；预防措施
1概述
不锈钢板材，因为其具备优异的抗均匀腐蚀性能、加工工艺性能和力学性能，作为钢制压力容器中（包括固定式和移动式压力容器、热交换器等）使用较广泛
的抗蚀金属板材。
奥氏体不锈钢因其优异的综合性能，达到不锈钢材料生产量和
使用率的百分之七十左右。
不过，因为奥氏体不锈钢容器材料在强氧化和弱氧化
介质中可能形成晶间腐蚀现象，或造成材料局部腐蚀穿漏，并使材料力学特点失
效等，因此导致晶间腐蚀或失效的研究和防治仍是奥氏体不锈钢在压力容器研究
中至关重要的组成部分。
2 奥氏体不锈钢的基本分析
通常情况下，不锈钢是指一种裸露于空气中能够抵抗侵蚀的钢质，而依照钢
的结构又能够区分奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体不锈钢，铁素体不锈钢或者马
氏体不锈钢；按照化学性质，可把不锈钢区分铬镍不锈钢和铬不锈钢。
而使用较
为广泛的是奥氏体不锈钢。
纯铁在常温环境下的主要存在方式是α-Fe，其主要
存在方式的晶格形式为一体心立方结构，每单位晶胞原子序数2，0.68的致密度。
纯铁在高温条件下晶体结构为γ-Fe，晶体为面心立方体形式，单晶胞原子序数4，0.74的致密度。
晶体可以为单元结构加以延伸，相邻晶体中共享同一个原子，这样就可以扩展成立体结构。
如果材料是由单晶格扩散的，则是单结构，也就是
现在电子产品产业所采用的单晶硅电池。
如果材质是由多个结晶所联合形成，那
么则属多晶体，奥氏体不锈钢的晶间就是由二个单一结晶所连接的区域。
而奥氏
体不锈钢则是由铬镍合金元素在γ-Fe中所生成的固溶物，该材质一般是由碱性
金属原子加入到溶液晶格内能够维持溶液结构的合金相，包括在晶格中一定的结
构区域上的小分子原子相互排列，而不会引起晶格中对称性的内部发生改变。
常
温的奥氏体不锈钢一般是把锰和钴等微量元素加入到γ-Fe中，这样一来就可以
扩展γ-Fe的奥氏体相区，使其晶格特性表现为奥氏体不锈钢，出现于常温条件。
因为铁不管是γ-Fe和α-Fe所组成，还是因为晶格上具有的空隙，碳原子中，
锰原子和钴原子都可以取代Fe在铁晶格上的地位，从而构成整体结构，这便是
钢铁材料的最基本微观构造。
也因为钢铁材料的成分组成比较复杂，因而能够根
据实际需要加入氮、锰、铜、钴、钛、钼等合金元素，合金元素在加入到钢铁材
料中，就可以和钢铁生成固溶物，进而产生金属间物质。
奥氏体不锈钢是碳，锰，钴等合金元素在γ-Fe中所生成的固溶体[1]。
3 奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的成因
在常温情况下，奥氏体不锈钢的溶解度相对较小，但含有碳成分的浓度却明
显增加，超过平均值的几倍不止。
奥氏体不锈钢的具有抗氧化功能的主要支持因
素是它蕴含着大量的锰、钴等的成分，可以提高金属电极电位的水平特性。
不锈
钢在通常情况下不会经由自身而发生晶间侵蚀，但是当不锈钢在经过热固溶处理
之后，内部组织结构会出现一定的改变，从而促使内部形成了一个奥氏体组织，
然后再进行焊接、高温成形等工序的处理时，会使得其内部出现过饱和的现象，
最后导致碳元素析出。
而析出的碳元素将不再以单质的形态出现，并且转而形成
碳铬化合物，这也将导致不锈钢在晶界内部的铬元素比例会大幅下降，从而出现
部分区域贫铬的现象，因此研究人员就把这种区域称为贫铬区。
当进行加热处理
之后，在晶体内部原区的铬分子将无法弥散至整个贫铬区，进行铬分子平均分配。
当具备侵蚀不锈钢晶间能力的化学介质在接触贫铬区时，其溶解速率就会有所增加，从而使得对各区域晶粒的侵蚀本质上从钝化侵蚀过渡为活性侵蚀，最后就出现晶间腐蚀现象。
晶间腐蚀并没有损坏不锈钢金属材料外表的光滑，但是却会削弱颗粒之间的作用力，在冷弯的环境下，不锈钢金属材料表层就会出现裂纹，从而损害钢制压力容器的正常功能，进而使得钢制压力容器无法正常工作[2]。
4 奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀处理措施
导致不锈钢或压力容器中出现晶间腐蚀倾向的介质，大致分为如下：
（1）硝酸钙，硝酸铵，硫酸铁，硫酸钠与硝酸根等盐类的腐蚀性介质。
除了以上这些元素以外，还含有硫化铁，氢氧化钠，硫化铝与三氯化铁等相关领域的化学物质。
（2）工业乙酸，甲酸，草酸，乙酸酐，还有乳酸等有机酸。
（3）盐酸，硫酸，硝酸以及铬酸等无机酸[3]。
4.1 热工艺后实行固溶处理
固溶处理主要是由于将钢材料迅速升温至1100摄氏度高温情况下，在进行一段时间保温以后会发生的快速冷却现象。
在1100摄氏度的高温状态下，碳化铬发生水解，在迅速冷却后可以得到单一的奥氏体镍锰合金，但此时不会产生贫锰区。
4.2 稳定化处理
针对含有镍或钛的不锈钢材料而言，首先必须将钢料升温至870度，此时温度刚好可以完全溶化钢料中铬的碳化物，但同时也无法完全分解为钛的碳化物。
然后再逐渐冷却。
对碳而言，稳定化元素相较于铬亲和力更高，所以也就优先发现炭化钛和碳化铌的存在。
而因为没有形成碳化铬，所以也就没有发现贫铬区，从而有效解决晶间腐蚀的问题[4]。
4.3 选择超低碳不锈钢
因为奥氏体不锈钢材料产生晶间锈蚀的主因就是碳析出，所以必须优先选择
含碳量相对比较少的钢材质。
而碳浓度就越低，那么产生贫铬的严重程度和潜在
可能性也就越少。
所以，在当前工业中也已开始应用于超低碳不锈钢。
但是由于
钢材料碳含量越来越低，所要求的技术含量也就越高。
4.4 焊接控制
除了上述的有效措施以外，在必要时还可能使用比母材中含铬量更高的焊接
材料。
因为以上所提到的方法均不具备完全性，且面临着不同的影响因素。
在特
殊条件下仍然会产生奥氏体不锈钢晶间腐蚀现象，还会因为处理措施的错误而使
得锈蚀现象进一步加剧，不但无法有效改变焊接的组织结构，而且还会损伤母材
组织。
目前焊接的管理措施主要包括以下几点：
（1）通过优化调整焊接缝的化学成分，如果想要避免产生碳化铬，就必须
增加稳定化元素，可以通过加入稳定钛元素进行。
（2）降低焊缝中的总含碳量，这可以防止产生较多的重铬碳化物，同时减
少产生晶间腐蚀的倾向。
（3）对危险高温区的滞留时刻加以管理，防止过热现象，加快加热和冷却，因为后一个焊接所发生的高温效应会损害先焊的环缝，所以双面焊缝与腐蚀材料
一面尽量放置到最后焊。
奥氏体不锈钢的典型锈蚀现象是晶间腐蚀现象，当前可
以通过采用防腐蚀处理方法，减少锈蚀速度[5]。
（4）提高淬火效率：因为奥氏体不锈钢板的含碳量相对少，所以并不能很
容易出现淬硬现象，所以在焊缝阶段就能够提高焊缝之间的淬火效率。
例如，采
用高温淬火或在焊件下采用铜垫板。
而对焊缝流程来说，则必须采用短弧，或多
道焊缝的方式。
首先通过上述焊接方法，能够避免晶间腐蚀现象。
其次，在焊缝
流程中也必须注意焊缝顺序，以防止由于重复焊接热循环的产生，降低焊缝质量。
（5）采用双相结构。
通过把铁素体的成分加入到焊缝中，就能够将焊缝的
原来单一组织转化成加铁素体成分的双相结构。
在此期间必须重视的是，必须严
格控制焊接金属中的铁素体含量，以防止造成焊接金属变脆。
通过实践经验的研究证明，焊接金属的铁素体浓度限制在7%以下，有利于降低晶间腐蚀率。
5结束语
综上所述，因为不锈钢材料的耐蚀性以及美观等特点，所以在工业生产中被广泛使用。
然而并不能仅凭借不锈钢进行工业生产稳定性的维护工作。
所以对钢材料合理选择是必要的，其中超低碳不锈钢以及低碳不锈钢优先级最高，而且要严格把控焊接流程，对焊接方式以及材料进行选定，严格遵守焊接标准流程，保障奥氏体不锈钢整体质量。
因为奥氏体不锈钢压力容器存在一定腐蚀因素影响，所以应该向减少晶间腐蚀方向倾斜，保证压力容器工作的稳定与安全。
参考文献：
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[4]李青青，缪存坚，晓风清，张潇，郑津洋.奥氏体不锈钢压力容器应变强化若干问题探讨[J].中国特种设备安全，2015，31（11）：15-19+63.
[5]惠志全.应变强化奥氏体不锈钢压力容器标准对比分析[J].中国石油和化工标准与质量，2014，34（11）：13-14.。