晶間腐蝕匯編

1、2 晶界是不同晶粒之間的交界。由于晶粒有著不同的位晶界是不同晶粒之間的交界。由于晶粒有著不同的位向，故交界處原子的排列必須從一種位向逐步過渡到另向，故交界處原子的排列必須從一種位向逐步過渡到另一種位向。因此，晶界實(shí)際上是種一種位向。因此，晶界實(shí)際上是種“面型面型”不完整的結(jié)不完整的結(jié)構(gòu)缺陷。構(gòu)缺陷。 晶界上原子的平均能量因晶格畸變變大而高于晶粒內(nèi)部晶界上原子的平均能量因晶格畸變變大而高于晶粒內(nèi)部原子的平均能量。所高出的這部分能量稱為晶界能。純原子的平均能量。所高出的這部分能量稱為晶界能。純金屬的晶界在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度比晶粒本體的腐蝕金屬的晶界在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度比晶粒本體的腐蝕速度快，原

2、因在于晶界的能量較高，原子處于不穩(wěn)定狀速度快，原因在于晶界的能量較高，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。態(tài)。 34 晶間腐蝕的特征是在金屬表面還看不出破壞時(shí)，晶粒之晶間腐蝕的特征是在金屬表面還看不出破壞時(shí)，晶粒之間已喪失了結(jié)合力，也失去了金屬的清脆聲，嚴(yán)重時(shí)只要間已喪失了結(jié)合力，也失去了金屬的清脆聲，嚴(yán)重時(shí)只要輕輕敲打就會破碎成粉末。輕輕敲打就會破碎成粉末。 晶間腐蝕的特征晶間腐蝕的特征產(chǎn)生晶間腐蝕的條件：產(chǎn)生晶間腐蝕的條件：金屬或合金中含有雜質(zhì)，或者有第二相沿晶界析出。金屬或合金中含有雜質(zhì)，或者有第二相沿晶界析出。晶界與晶粒內(nèi)化學(xué)成分的差異，在適宜的介質(zhì)中形成腐晶界與晶粒內(nèi)化學(xué)成分的差異，在適宜的介質(zhì)中形

3、成腐蝕的電池，晶界為陽極，晶粒為陰極，晶界產(chǎn)生選擇性蝕的電池，晶界為陽極，晶粒為陰極，晶界產(chǎn)生選擇性溶解。溶解。1. 有特定的腐蝕介質(zhì)存在。在某些合金有特定的腐蝕介質(zhì)存在。在某些合金-介質(zhì)體系中，往往介質(zhì)體系中，往往產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在弱氧化性介產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在弱氧化性介質(zhì)（如充氣海水）或強(qiáng)氧化性介質(zhì)（如濃硝酸）的特定質(zhì)（如充氣海水）或強(qiáng)氧化性介質(zhì)（如濃硝酸）的特定腐蝕介質(zhì)中，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。腐蝕介質(zhì)中，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。 5合金元素貧乏化；合金元素貧乏化；晶界析出不耐蝕的陽極相；晶界析出不耐蝕的陽極相；雜質(zhì)或溶質(zhì)原子在晶界區(qū)偏析；雜質(zhì)或溶

4、質(zhì)原子在晶界區(qū)偏析；晶界處因相鄰晶粒間的晶向不同，刃型位錯和空位在該處晶界處因相鄰晶粒間的晶向不同，刃型位錯和空位在該處富集；富集；由于新相析出或轉(zhuǎn)變，造成晶界處具有較大的內(nèi)應(yīng)力。由于新相析出或轉(zhuǎn)變，造成晶界處具有較大的內(nèi)應(yīng)力。 由上述原因，使晶界行為發(fā)生了顯著的變化。造成晶由上述原因，使晶界行為發(fā)生了顯著的變化。造成晶界、晶界附近和晶粒之間很大的電化學(xué)不均勻性。這種電界、晶界附近和晶粒之間很大的電化學(xué)不均勻性。這種電化學(xué)不均勻性引起金屬晶界和晶粒本體的不等速溶解，引化學(xué)不均勻性引起金屬晶界和晶粒本體的不等速溶解，引起晶間腐蝕。起晶間腐蝕。晶界腐蝕行為的原因晶界腐蝕行為的原因67貧化理論、晶間

5、貧化理論、晶間 相析出理論、晶界吸附理論。相析出理論、晶界吸附理論。晶間腐蝕機(jī)理晶間腐蝕機(jī)理1、貧化理論：該理論認(rèn)為，晶間腐蝕是由于晶界易析出貧化理論：該理論認(rèn)為，晶間腐蝕是由于晶界易析出第二相，造成晶界某一成分的貧乏化。第二相，造成晶界某一成分的貧乏化。對于奧氏體不銹鋼，因晶界析出對于奧氏體不銹鋼，因晶界析出Cr23C6相，造成晶界貧相，造成晶界貧鉻，則為貧鉻理論；鉻，則為貧鉻理論；對于鎳鉬合金，晶界析出對于鎳鉬合金，晶界析出Ni7Mo5，晶界貧鉬；，晶界貧鉬； 對于銅鋁合金，晶界析出對于銅鋁合金，晶界析出CuAl2，造成晶界貧銅。，造成晶界貧銅。 89 例如將奧氏體不銹鋼例如將奧氏體不銹鋼

6、1Cr18Ni9加熱至加熱至10501150固溶碳的固溶度為固溶碳的固溶度為0 100 15%，隨后進(jìn)行淬火，經(jīng)固溶處理的隨后進(jìn)行淬火，經(jīng)固溶處理的1Cr18Ni9鋼是一鋼是一種 碳 過 飽 和 體 ， 不 會 產(chǎn) 生 晶 間 腐 蝕 。 在種 碳 過 飽 和 體 ， 不 會 產(chǎn) 生 晶 間 腐 蝕 。 在700800溫度范圍內(nèi)，碳的固溶量不超過溫度范圍內(nèi)，碳的固溶量不超過0.02%，過飽和的碳要全部或部分從奧氏體中析，過飽和的碳要全部或部分從奧氏體中析出，這時(shí)碳將擴(kuò)散到晶界處，并與晶界處的鐵出，這時(shí)碳將擴(kuò)散到晶界處，并與晶界處的鐵和鉻化合生成含鉻量高的碳化物和鉻化合生成含鉻量高的碳化物Cr2

7、3C6，消耗了，消耗了晶界區(qū)的鉻，而鉻在晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度比其晶界區(qū)的鉻，而鉻在晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度比其在晶界處的擴(kuò)散速度要慢得多，來不及補(bǔ)充晶在晶界處的擴(kuò)散速度要慢得多，來不及補(bǔ)充晶界區(qū)消耗的鉻，因此在晶界區(qū)形成貧鉻區(qū)。界區(qū)消耗的鉻，因此在晶界區(qū)形成貧鉻區(qū)。10 淬火處理：在高于轉(zhuǎn)變溫度淬火處理：在高于轉(zhuǎn)變溫度T1以上的溫度進(jìn)行保溫，然后進(jìn)以上的溫度進(jìn)行保溫，然后進(jìn)行急冷，使過飽和固溶體在室溫下得以保留的處理工藝。也稱行急冷，使過飽和固溶體在室溫下得以保留的處理工藝。也稱淬火處理。淬火處理。 敏化處理：在敏化處理：在T2以下的溫度區(qū)間保溫，使過飽和固溶體析出以下的溫度區(qū)間保溫，使過飽和固溶體析

8、出新相的處理工藝。一般稱回火處理或時(shí)效處理，在晶間腐蝕研新相的處理工藝。一般稱回火處理或時(shí)效處理，在晶間腐蝕研究領(lǐng)域中，常稱為敏化處理。究領(lǐng)域中，常稱為敏化處理。 11 對于不銹鋼來說，由于晶界鈍態(tài)受到破壞，在晶界上析出對于不銹鋼來說，由于晶界鈍態(tài)受到破壞，在晶界上析出的碳化鉻周圍貧化鉻區(qū)就成為陽極區(qū)，的碳化鉻周圍貧化鉻區(qū)就成為陽極區(qū)，而碳化鉻和晶粒處于而碳化鉻和晶粒處于鈍態(tài)成為鈍態(tài)成為陰極區(qū)，在腐蝕介質(zhì)中晶界與晶粒構(gòu)成活化陰極區(qū)，在腐蝕介質(zhì)中晶界與晶粒構(gòu)成活化-鈍化微鈍化微電池，該電池具有大陰極電池，該電池具有大陰極-小陽極的面積比，加速了晶界區(qū)的小陽極的面積比，加速了晶界區(qū)的腐蝕。腐蝕。

9、實(shí)驗(yàn)證實(shí)：有人測得了實(shí)驗(yàn)證實(shí)：有人測得了18-8不銹鋼在不銹鋼在650敏化敏化2h后的貧鉻后的貧鉻區(qū)的寬度為區(qū)的寬度為150200nm。并測得奧氏體不銹鋼晶粒和晶界的陽。并測得奧氏體不銹鋼晶粒和晶界的陽極極化曲線。極極化曲線。 不銹鋼腐蝕電位處于活化區(qū)、活化不銹鋼腐蝕電位處于活化區(qū)、活化-鈍化過渡區(qū)、鈍化鈍化過渡區(qū)、鈍化-過鈍過鈍化過渡區(qū)，都能產(chǎn)生晶間腐蝕?；^渡區(qū)，都能產(chǎn)生晶間腐蝕。 122、晶間、晶間 相析出理論：相析出理論： 對于低碳的高鉻、高鉬不銹鋼已不存在貧鉻的條件，可是在對于低碳的高鉻、高鉬不銹鋼已不存在貧鉻的條件，可是在650850內(nèi)內(nèi)熱處理時(shí)，會生成含鉻熱處理時(shí)，會生成含鉻42

10、48%的的 相相FeCr金屬間化合物。在過鈍化電位下，金屬間化合物。在過鈍化電位下， 相發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。其陽極溶解電流急劇地上升。可能是相發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。其陽極溶解電流急劇地上升?？赡苁?相自身的選擇相自身的選擇性溶解的緣故。性溶解的緣故。 相相FeCr金屬間化合物一般只能在很強(qiáng)的氧化性介質(zhì)中才能發(fā)生溶解。金屬間化合物一般只能在很強(qiáng)的氧化性介質(zhì)中才能發(fā)生溶解。因而檢測這種類型的腐蝕必須使用氧化性很強(qiáng)的因而檢測這種類型的腐蝕必須使用氧化性很強(qiáng)的65%的沸騰硝酸，才能夠的沸騰硝酸，才能夠使不銹鋼的腐蝕電位達(dá)到過鈍化區(qū)。使不銹鋼的腐蝕電位達(dá)到過鈍化區(qū)。133、晶界吸附理論：、晶界吸附理論： 超低碳不

11、銹鋼在超低碳不銹鋼在1050固溶處理后，在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中也會出現(xiàn)晶間腐蝕，固溶處理后，在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中也會出現(xiàn)晶間腐蝕，此時(shí)不能用貧鉻或此時(shí)不能用貧鉻或 相析出理論來解釋。實(shí)驗(yàn)表明，相析出理論來解釋。實(shí)驗(yàn)表明，P雜質(zhì)達(dá)雜質(zhì)達(dá)100ppm或或Si雜雜質(zhì)達(dá)質(zhì)達(dá)1000 2000ppm時(shí)，它們在高溫區(qū)會使晶界吸附，并偏析在晶界上，這時(shí)，它們在高溫區(qū)會使晶界吸附，并偏析在晶界上，這些雜質(zhì)在強(qiáng)氧化劑介質(zhì)作用下便發(fā)生溶解，導(dǎo)致晶界選擇性的晶間腐蝕。這些雜質(zhì)在強(qiáng)氧化劑介質(zhì)作用下便發(fā)生溶解，導(dǎo)致晶界選擇性的晶間腐蝕。這種鋼經(jīng)敏化處理后，反而不出現(xiàn)晶間腐蝕，這是由于碳和磷生成磷的碳化物，種鋼經(jīng)敏化處理后，反而不

12、出現(xiàn)晶間腐蝕，這是由于碳和磷生成磷的碳化物，限制了磷向晶界的擴(kuò)散，減輕雜質(zhì)在晶界的偏析，消除或減弱了剛才對晶間限制了磷向晶界的擴(kuò)散，減輕雜質(zhì)在晶界的偏析，消除或減弱了剛才對晶間腐蝕的敏感性。腐蝕的敏感性。 上述幾種晶間腐蝕理論并不矛盾，他們各自適用于一定的合金組織狀態(tài)和上述幾種晶間腐蝕理論并不矛盾，他們各自適用于一定的合金組織狀態(tài)和介質(zhì)條件。貧化理論適用于弱氧化性介質(zhì)，晶間介質(zhì)條件。貧化理論適用于弱氧化性介質(zhì)，晶間 相析出理論適用于強(qiáng)氧化相析出理論適用于強(qiáng)氧化劑介質(zhì)、金相中有劑介質(zhì)、金相中有 相的高鉻、高鉬不銹鋼，晶界吸附理論適用于強(qiáng)氧化劑相的高鉻、高鉬不銹鋼，晶界吸附理論適用于強(qiáng)氧化劑介質(zhì)。

13、介質(zhì)。141、熱處理溫度與時(shí)間的影響：不銹鋼在能夠產(chǎn)生晶間腐蝕的電位區(qū)，是否、熱處理溫度與時(shí)間的影響：不銹鋼在能夠產(chǎn)生晶間腐蝕的電位區(qū)，是否產(chǎn)生晶間腐蝕以及腐蝕程度如何，都由鋼的熱處理制度對晶間腐蝕的敏感性產(chǎn)生晶間腐蝕以及腐蝕程度如何，都由鋼的熱處理制度對晶間腐蝕的敏感性所決定，即取決于受熱的程度、時(shí)間及冷卻速度。所決定，即取決于受熱的程度、時(shí)間及冷卻速度。 影響晶間腐蝕的因素：影響晶間腐蝕的因素：15162、合金成分的影響：、合金成分的影響：碳對晶間腐蝕有重大影響，隨著含碳量增高，晶間腐蝕傾碳對晶間腐蝕有重大影響，隨著含碳量增高，晶間腐蝕傾向愈嚴(yán)重。不僅使產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的加熱溫度和時(shí)間范向

14、愈嚴(yán)重。不僅使產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的加熱溫度和時(shí)間范圍擴(kuò)大，而且晶間腐蝕程度加重、固溶溫度升高。圍擴(kuò)大，而且晶間腐蝕程度加重、固溶溫度升高。鉻、鎳、鉬、硅：鉻、鎳、鉬、硅：Cr、Mo含量增高，可降低含量增高，可降低C的活度，有的活度，有利于減弱晶腐蝕傾向；利于減弱晶腐蝕傾向；Ni、Si等是不形成碳化物的元素，會等是不形成碳化物的元素，會提高提高C的活度、降低的活度、降低C在奧氏體中的溶解度，促進(jìn)碳化物的在奧氏體中的溶解度，促進(jìn)碳化物的析出。析出。A. 鈦、鈮：對于抗晶間腐蝕是有益的，因?yàn)樗鼈兺仭⑩墸簩τ诳咕чg腐蝕是有益的，因?yàn)樗鼈兺珻的親和力的親和力大于大于Cr同同C的親和力。為阻止碳化鉻的形成

15、，首先將不銹鋼的親和力。為阻止碳化鉻的形成，首先將不銹鋼加熱到加熱到1100 以將所有碳化物溶解進(jìn)入奧氏體中，然后冷以將所有碳化物溶解進(jìn)入奧氏體中，然后冷卻到卻到900 保溫幾個(gè)小時(shí)讓保溫幾個(gè)小時(shí)讓Ti或或Nb與碳充分反應(yīng)。在以后的與碳充分反應(yīng)。在以后的碳化鉻析出溫度范圍內(nèi)加熱就沒有碳化鉻形成。碳化鉻析出溫度范圍內(nèi)加熱就沒有碳化鉻形成。173、腐蝕介質(zhì)的影響：、腐蝕介質(zhì)的影響： 不銹鋼在酸性介質(zhì)中晶間腐蝕較嚴(yán)重。尤其在不銹鋼在酸性介質(zhì)中晶間腐蝕較嚴(yán)重。尤其在H2SO4或或HNO3中添加氧化性陽離子，如中添加氧化性陽離子，如Cu2+、Hg2+、Cr6+等能增大等能增大陰極過程電流密度。使晶間陽極

16、溶解速度顯著加快。陰極過程電流密度。使晶間陽極溶解速度顯著加快。18降低或消除有害雜質(zhì)。如降低降低或消除有害雜質(zhì)。如降低C、N、S等雜質(zhì)的含量。等雜質(zhì)的含量。加入穩(wěn)定化元素或晶界吸附元素。如在不銹鋼中加入加入穩(wěn)定化元素或晶界吸附元素。如在不銹鋼中加入Ti、Nb或或B。適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?。必須避免不銹鋼在敏化區(qū)間加熱。適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?。必須避免不銹鋼在敏化區(qū)間加熱。對焊接件要求進(jìn)行焊接后進(jìn)行固溶處理或快速冷卻，避對焊接件要求進(jìn)行焊接后進(jìn)行固溶處理或快速冷卻，避免在敏化溫度、時(shí)間內(nèi)停留。免在敏化溫度、時(shí)間內(nèi)停留。采用雙相鋼。在奧氏體鋼中有采用雙相鋼。在奧氏體鋼中有1020%的鐵素體的鋼稱為的鐵素體的

17、鋼稱為雙相鋼。由于鐵素體在鋼中大多沿晶界形成，含鉻量高，雙相鋼。由于鐵素體在鋼中大多沿晶界形成，含鉻量高，因而在敏化溫度區(qū)間不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的貧化。因而在敏化溫度區(qū)間不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的貧化。晶間腐蝕的控制方法：晶間腐蝕的控制方法：191、鐵素體不銹鋼晶間腐蝕鐵素體不銹鋼晶間腐蝕 鐵素體不銹鋼是種要求在高、低溫時(shí)均鐵素體不銹鋼是種要求在高、低溫時(shí)均無無 相而僅具相而僅具 相的鋼。晶間腐蝕特點(diǎn)是，相的鋼。晶間腐蝕特點(diǎn)是，導(dǎo)致其具有晶間腐蝕傾向的敏化處理以及導(dǎo)致其具有晶間腐蝕傾向的敏化處理以及抑制或消除其晶間腐蝕傾向的處理?xiàng)l件正抑制或消除其晶間腐蝕傾向的處理?xiàng)l件正好與奧氏體不銹鋼的情況相反。好與奧氏體不

18、銹鋼的情況相反。 因?yàn)樵阼F素體中，鉻的遷移速度要比在因?yàn)樵阼F素體中，鉻的遷移速度要比在奧氏體不銹鋼中要快得多，所以即使自高奧氏體不銹鋼中要快得多，所以即使自高溫快速冷卻，鉻的碳化物也能析出，造成溫快速冷卻，鉻的碳化物也能析出，造成貧鉻區(qū)，引起晶間腐蝕。但如果在貧鉻區(qū)，引起晶間腐蝕。但如果在700800攝氏度退火，將使亞穩(wěn)相攝氏度退火，將使亞穩(wěn)相Cr23C3轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定相轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定相Cr23C6，同樣能使鉻分布趨，同樣能使鉻分布趨于均勻，從而消除晶間腐蝕的傾向。于均勻，從而消除晶間腐蝕的傾向。幾種其他形式的晶間腐蝕幾種其他形式的晶間腐蝕20 高鉻鐵素體不銹鋼在高鉻鐵素體不銹鋼在900以上高溫加熱，

19、然后空冷以上高溫加熱，然后空冷或水冷，就會引起晶間腐蝕傾向。而若在或水冷，就會引起晶間腐蝕傾向。而若在700 800重新加熱則可消除晶間腐蝕敏感性。重新加熱則可消除晶間腐蝕敏感性。212、鋁合金的晶間腐蝕、鋁合金的晶間腐蝕 在以上兩種處理工藝，雜質(zhì)在以上兩種處理工藝，雜質(zhì)Fe含量對高純鋁的晶間腐蝕趨含量對高純鋁的晶間腐蝕趨勢影響相反。勢影響相反。 原因：水淬時(shí)鐵是以固溶體形式存在，使得晶粒為陰極，而原因：水淬時(shí)鐵是以固溶體形式存在，使得晶粒為陰極，而爐冷時(shí)雜質(zhì)鐵是以第二相形式存在使得晶粒為陽極。爐冷時(shí)雜質(zhì)鐵是以第二相形式存在使得晶粒為陽極。223、不銹鋼焊接晶間腐蝕：焊縫腐蝕、不銹鋼焊接晶間腐

20、蝕：焊縫腐蝕 奧氏體不銹鋼雖然是一種焊接性能非常優(yōu)良的鋼種，奧氏體不銹鋼雖然是一種焊接性能非常優(yōu)良的鋼種，但它在焊接時(shí)，相對于焊接熱影響區(qū)的母材再一次加熱，但它在焊接時(shí)，相對于焊接熱影響區(qū)的母材再一次加熱，所以在熔合線附近，引起碳化物的析出，導(dǎo)致嚴(yán)重的晶所以在熔合線附近，引起碳化物的析出，導(dǎo)致嚴(yán)重的晶間腐蝕。間腐蝕。23 供奧氏體不銹鋼生產(chǎn)、交貸和驗(yàn)收的有關(guān)檢驗(yàn)晶間腐蝕傾供奧氏體不銹鋼生產(chǎn)、交貸和驗(yàn)收的有關(guān)檢驗(yàn)晶間腐蝕傾向用的工業(yè)檢測試驗(yàn)方法，目前列在標(biāo)準(zhǔn)中的基本有五種：向用的工業(yè)檢測試驗(yàn)方法，目前列在標(biāo)準(zhǔn)中的基本有五種：草酸電解浸蝕法、沸騰硫酸草酸電解浸蝕法、沸騰硫酸-硫酸鐵法、沸騰硫酸鐵法、沸騰65%硝酸法、硝酸法、硝酸硝酸-氫氟酸法和沸騰硫酸氫氟酸法和沸騰硫酸-硫酸銅法。硫酸銅法。1、硫酸、硫酸-硫酸銅法（硫酸銅法（GB4334 5-90）溶液配制：溶液配制：100g分析純硫酸銅溶解于分析純硫酸銅溶解于700mL蒸餾水中，加入蒸餾水中，加入100mL分析純硫酸，再用蒸餾水稀釋至分析純硫酸，再用蒸餾水稀釋至1000mL。樣品置于加入銅屑后的溶液中，進(jìn)行連續(xù)樣品置于加入銅屑后的溶液中，進(jìn)行連續(xù)16h的煮沸試驗(yàn)。的煮沸試驗(yàn)。用彎曲法、金相法對晶間腐蝕傾向進(jìn)行評定。用彎曲法、金相法對晶間腐蝕傾向進(jìn)行評定。晶間腐蝕試驗(yàn)方