奥氏体不锈钢晶间腐蚀

第27卷第1期辽宁工学院学报Vol.27,No.12007年2月JournalofLiaoningInstituteofTechnologyFeb.2007收稿日期：2006-03-28基金项目：国家自然科学基金资助项目(50471022)作者简介：屈兴胜(1982-)，男，辽宁辽阳人，硕士生。刘志林(1943-)，男，辽宁锦州人，教授,博士生导师。奥氏体不锈钢晶间腐蚀屈兴胜，林成，刘志林（辽宁工学院材料与化学工程学院，辽宁锦州121001）摘要：综述了奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的基本原理，影响其晶间腐蚀的各种因素以及可采取的相应的措施，并提出了未来应用价电子理论从电子结构层次上探究和改善不锈钢耐晶间腐蚀的想法。关键词：奥氏体不锈钢；晶间腐蚀；Cr2O3；价电子理论中图分类号：TG111.1文献标识码：A文章编号：1005-1090(2007)01-0045-02IntergranularCorrosionofAusteniticStainlessSteelQUXing-sheng,LINCheng,LIUZhi-lin（(Material&ChemicalEngineeringCollege,LiaoningInstituteofTechnology,Jinzhou121001,China）Keywords:austeniticstainlesssteel；intergranularcorrosion；Cr2O3；valenceelectrontheoryAbstract:Thefundamentofintergranularcorrosionofausteniticstainlesssteel,theinfluencefactorandrelevantmeasurewerereviewed.Andtheideasontheresearchfortheintergranularcorrosionofausteniticstainlesssteelonlevelsofelectronstructureandimprovingthecapabilityresistingtheintergranularcorrosionofausteniticstainlesssteelinfuturewereproposedthroughapplicationofvalenceelectrontheory.1前言不锈钢自20世纪初发明以来，以其独特的耐腐蚀性能，作为一种新型功能性材料、现代结构材料在现代工业和科技进步中，具有举足轻重的作用。其中奥氏体不锈钢又以其良好的耐腐蚀性能，加之良好的综合力学性能、工艺性能和焊接性能，占不锈钢总产量和使用量的70%左右。故其抗腐蚀性能的研究具有重要的实际意义。一般情况下，不锈钢之所以具有耐蚀性，是由于在金属基体中，当Cr含量达到11.7wt％时，含Cr不锈钢就能在其阳极（负极）区的基体表面形成一种致密的氧化膜Cr2O3，即钝化膜。钝化膜可以阻碍阳极区的反应，同时增加阳极电位，减缓基体电化学腐蚀。晶间腐蚀首先在晶粒间界发生腐蚀，在不引起零件外形变化的情况下导致晶粒间丧失结合力，从而使材料的强度完全损失，是不锈钢昀为危险的一种破坏形式。本文以18－8型奥氏体不锈钢为例着重分析不锈钢产生晶间腐蚀的原因及影响因素，对避免此类事故的发生有着重要的经济和技术意义。2不锈钢晶间腐蚀的原因及影响因素2.1腐蚀原因根据文献介绍可发现奥氏体不锈钢晶间腐蚀的首要原因是晶间贫铬，其次是冶金因素，昀后是工艺因素。在室温下，C在奥氏体不锈钢中的溶解度约为0.02~0.03wt％，而不锈钢中得C含量为0.08~0.12wt％，因此只有在淬火状态下C才能固溶在奥氏体中，以保证其具有较高的化学稳定性[1]。但此种状46辽宁工学院学报第26卷态下的奥氏体不锈钢在温度450－850℃（敏化温度）[2-4]时，C在奥氏体中的扩散速度明显大于Cr在奥氏体中的扩散速度。由于晶界处晶格的不完整性，促使C向晶界处扩散，与Cr形成复杂的不稳定的间隙碳化物Cr23C6并析出[5-9]。然而原子半径较大的Cr扩散较慢而得不到及时补充。故Cr23C6中的Cr大部分来自晶界附近的奥氏体基体。当晶界处的Cr含量小于钝化所需的临界浓度11.7wt%时，就形成了由处于活化态的晶界贫铬区与处于钝态的中心富铬区组成的具有较大电位差的活化－钝化电池，从而使基体失去了抗腐蚀能力。图1既为奥氏体不锈钢敏化状态下Cr23C6相沿晶界析出及晶间腐蚀电池的示意图。图1敏化态晶界析出及腐蚀电池示意图以上主要针对的是在一般性氧化介质中发生的晶间腐蚀。而在强氧化介质中的晶间腐蚀的主要原因[10]是：偏析于晶界上的杂质元素（P、Si等）或沉淀析出相（σ相）的选择性溶解。但通常所讨论的奥氏体不锈钢晶间腐蚀在未作特殊说明的情况下，多指由贫Cr所造成的晶间腐蚀。2.2影响因素及相应措施（1）腐蚀介质的影响。腐蚀介质的种类及成分决定了晶间腐蚀的产生与否，以及腐蚀程度。通常，在酸性介质中，不锈钢产生晶间腐蚀比较严重。（2）温度的影响。由于450~850℃为敏化温度，故可将温度控制在450℃以下，在此温度不会产生Cr23C6;或者将温度升高到850℃以上，提高Cr的扩散速度，使足够的铬在晶界处与碳结合，就不会在晶界处形成贫铬区，也就会降低了发生晶间腐蚀的几率。在敏化温度中，由以650℃昀为危险。所以在加热过程特别是在焊接时，应尽量避免敏化温度区。图2既为不锈钢的TTS（时间－温度－敏化）曲线。（3）冷却速度的影响。不锈钢在加热或冷却过程中，在敏化温度区停留时间越短，发生晶间腐蚀的机会越小。所以提高加热或冷却速度是提高奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀的有效措施。（4）含碳量的影响。碳元素对不锈钢的晶间腐蚀起着关键性的作用。当碳含量较小时，就没有足够的碳析出与铬结合。当碳含量高于0.08wt％时，析出的碳逐渐增多，在晶界处形成的碳化铬也随之增加，从而就产生了贫铬区，造成了晶间腐蚀。所以碳含量对晶间腐蚀有着决定性的作用。由此也衍生了新的钢种―超低碳奥氏体不锈钢，碳含量严格控制在0.03wt％以下，从而大大降低了晶间腐蚀的可能性。图2不锈钢的TTS（时间－温度－敏化）曲线（5）组织结构的影响。在奥氏体不锈钢的相结构中，如果仅仅是单相奥氏体时，抗晶间腐蚀性能较差。但如果在其组织结构中存在铁素体时，形成树枝状的奥氏体－铁素体双相组织，能大大提高抗晶间腐蚀的能力，并且，铁素体中铬的含量远大于奥氏体中的铬含量，铁素体中的大量的铬会及时析出与碳结合，而不至于在晶界处形成贫铬区。因此这种奥氏体－铁素体的双相组织提高了不锈钢抗晶间腐蚀的能力。（6）合金元素的影响。不锈钢发生晶间腐蚀的主要原因是由于生成了碳化铬而产生的贫铬区。故添加一些与碳结合能力大于铬的元素就可以解决这一问题。因此，在不锈钢中加入钛、铌等元素，与碳结合成稳定的TiC、NbC，并且，当钢中含有0.002wt％的N元素时，Nb又可以与N形成高稳定性的NbN[11].NbC、NbN不仅可以提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能，又提高钢的韧性和屈服强度，并降低脆性转变温度。但Ti含量不宜过大，因为过多的Ti会使Fe-C平衡相图中的S点和E点向左上方移动，导致γ相区缩小。（7）热处理工艺的影响。热处理对奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力影响很大，(下转第50页)50辽宁工学院学报第27卷物流信息平台的基本特点，物流信息平台要实现对现有不同类型信息系统的集成，从异构的系统中获取有关信息，对信息资源进行合理共享和优化利用，CORBA技术无疑是当前解决分布、异构问题的昀有效的技术。3.2基于AGENT技术的操作模式由于AGENT具有自主性、交互性、反应性、主动性等的特点，采用AGENT技术实现分布式信息系统在网络通讯和协作处理方面有着巨大的优势。AGENT技术运用于物流信息平台与3G系统的整合的建设，不仅可以较好地解决系统数据共享和服务共享，而且更加便于子系统之间的应用协作和智能化信息服务的实现。4结论园区物流信息平台的构建不仅是物流园区功能完善、自我发展的需要，也是我国物流发展的基本要求。3G技术的应用，为物流管理提供了实时、动态、广域的控制与监督手段。3G技术与信息平台的有效集成已经成为现代物流管理的一个显著特点，对于物流管理的可视化、实时动态管理和辅助决策分析等具有重大的意义。参考文献:[1]霍亮.3G技术与现代物流管理技术的集成模式研究[J].测绘科学,2003,28(9):59-62.[2]王成金.GIS技术在物流企业信息平台中的应用研究[J].商业研究,2005,327(19):205-207.[3]张飞舟,晏磊.基于GPS／GIS／ILS集成技术的物流监控管理[J].系统工程,2003(1):49-55.[4]王李.GPS/GIS/GSM技术在物流车辆管理中的成功应用[J].中国物资流通,2001(10):45-46．[5]崔南方,刘英姿.区域公共物流信息平台系统设计[J].科技进步与对策,2004(8):141-143.[6]张字宾.GPS与GIS及其在现代物流中的应用[J].物流技术,2002(4):12-14．[7]李宁华.基于GPS/GIS/GSM的车辆监控系统上层软件的设计与开发[D].南京理工大学硕士论文,2004.责任编校：刘亚兵~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(上接第46页)恰当的热处理可以消除贫铬区、稳定金属组织。但热处理规范选择错误或操作不当，都将造成很严重的后果。3结束语显然，常见的金属学研究方法已经相对成熟，但对探求其腐蚀机理仍缺乏有效的模拟手段和可靠的研究试验方法。因此，可以尝试从微观的合金相及相界面的价电子理论角度出发，依据合金元素之间的作用，寻求更为有效的提高不锈钢基体与钝化膜之间的相结合能力的方法，进而在电子层次上探讨不锈钢耐腐蚀机理，从而采取相应措施，避免事故的发生，将对工业生产有着十分重要的意义。参考文献：[1]黄建中,左禹.材料的耐蚀性和腐蚀数据[M].北京:化学工业出版社,2003:156-159.[2]李俊梅.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及保护[J].磷肥与复肥,1999(3):73-75.[3]许适群.不锈钢的耐蚀性能[J].石油化工腐蚀与防护,2005,22(5):41-44.[4]郑海生.奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的研究及防止[J].机电工程技术,2004,33(1):46-47.[5]王荣滨.18－8型奥氏体不锈钢的晶间腐蚀[J].上海钢研,2003(2):19-21.[6]吴剑.不锈钢的腐蚀破坏与防蚀技术[J].腐蚀与防护，1997,18(3):41-44.[7]刘桂金,宋结冰.18－8型不锈钢产生腐蚀原因及消除措施[J].光电对抗与无源干扰,2002,4:46-48.[8]宋时兰.奥氏体不锈钢的耐蚀性处理[J].煤矿机械,2003(12):62-63.[9]王贤敏.1Gr18Ni9奥氏体不锈钢晶间腐蚀的影响因素[J].材料与性能,1994(4):26-29.[10]潘莹,宋维.敏化奥氏体不锈钢的晶间腐蚀研究[J].青岛化工学院学报,1998,19(4):369-373.[11]许崇臣,冈毅民,李民保.氮对高纯奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能的影响[J].腐蚀科学与防护技术,1997,9(3):192-196.责任编校：刘亚兵