不銹鋼晶間腐蝕問題

1、不銹鋼晶間腐蝕問題晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界發(fā)生的一種局部腐蝕。這種腐蝕是在金屬（合金）表面無任何變化的情況下，使晶粒間失去結(jié)合力，金屬強(qiáng)度完全喪失，導(dǎo)致設(shè)備突發(fā)性破壞。許多金屬（合金）都具有晶間腐蝕傾向。其中不銹鋼、鋁合金及含鉬的鎳基合金晶間腐蝕較為突出。如有應(yīng)力存在，由晶間腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐?yīng)力腐蝕破壞。貧化理論認(rèn)為，晶間腐蝕是由于晶界析出新相，造成晶界附近某一成分的貧乏化。如奧氏體不銹鋼回火過程中（400-800）過飽和碳部分或全部以Cr23C6 形式在晶界析出，造成碳化物附近的碳與鉻的濃度急劇下降，在晶界上形成貧鉻區(qū)，貧鉻區(qū)作為陽極而遭受腐蝕。對于低碳和超低碳不銹鋼

2、來說，不存在碳化物在晶界析出引起貧鉻的條件。但一些實(shí)驗(yàn)表明，低碳，甚至超低碳不銹鋼，特別是高鉻、鉬鋼，在650-850受熱時(shí)，在強(qiáng)氧化介質(zhì)中，或其電位處于過鈍化區(qū)時(shí)，也發(fā)生晶間腐蝕。鐵素體不銹鋼在900以上高溫區(qū)快冷（淬火或空冷）易產(chǎn)生晶間腐蝕。即使極低碳、氮含量的超純鐵素體不銹鋼也難免產(chǎn)生晶間腐蝕。但在700-800重新加熱可消除晶間腐蝕。由此可見，鐵素體不銹鋼焊后在焊縫金屬和熔合線處易產(chǎn)生晶間腐蝕。18Cr-9Ni 鋼在溫度高于750時(shí)，不產(chǎn)生晶間腐蝕，而在600-700區(qū)間，晶間腐蝕傾向最嚴(yán)重。當(dāng)溫度低于600時(shí)，需長時(shí)間才能產(chǎn)生晶間腐蝕傾向，溫度低于450時(shí)基本不產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。檢驗(yàn)

3、某種鋼材是否有晶間腐蝕傾向，一般采用敏化處理工藝。鋼材加熱到晶間腐蝕最敏感的，恒溫處理一定時(shí)間，這種處理工藝稱為敏化處理，產(chǎn)生晶間腐蝕最敏感的溫度叫敏化溫度。18-8 不銹鋼最敏感溫度為650-700，產(chǎn)生晶間腐蝕傾向所需要的最短時(shí)間為1-2小時(shí)。不銹鋼中，除了主要成分Cr、Ni、C 外，還含有Mo、Ti、Nb 等合金元素。它們晶間腐蝕的作用如下：1 碳：奧氏體不銹鋼中碳量越高，晶間腐蝕傾向越嚴(yán)重，導(dǎo)致晶間腐蝕碳的臨界濃度為0.02%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。2 鉻：能提高不銹鋼耐晶間腐蝕的穩(wěn)定性。當(dāng)鉻含量較高時(shí)，允許增加鋼中含碳量。例如，當(dāng)不銹鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從18%提高到22%時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)允許從0

4、.02%增加到0.06%。3 鎳：增加不銹鋼晶間腐蝕敏感性?？赡芘c鎳降低碳在奧氏體鋼中的溶解度有關(guān)。4 鈦、鈮：都是強(qiáng)碳化物生成元素，高溫時(shí)能形成穩(wěn)定的碳化物TiC 及NbC，減少了碳的回火析出，從而防止了鉻的貧化。防止晶間腐蝕的措施：（1）降低含碳量。當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.03%以下時(shí)，即使在700較長時(shí)間回火也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。（2）加入固定碳的合金元素。對含Ti、Nb 元素的18-8不銹鋼，在高溫下使用時(shí)，要經(jīng)過穩(wěn)定化處理。即在常規(guī)的固溶處理后，還要在850-900保溫1-4 小時(shí)，然后空冷至室溫，以充分生成TiC 及NbC。（3）固溶處理。固溶處理能使碳化物不析出或少析出。但對含Ti

5、、Nb 的不銹鋼還要進(jìn)行穩(wěn)定化處理。（4）采用雙相鋼。采用鐵素體和奧氏體雙相鋼有利于抗晶間腐蝕。由于鐵素體在鋼中大多沿奧氏體晶界分布，含鉻量又較高，因此，在敏化溫度受熱時(shí)，不產(chǎn)生晶間腐蝕。 藍(lán)點(diǎn)試驗(yàn)法藍(lán)點(diǎn)試驗(yàn)法是檢驗(yàn)不銹鋼表面酸洗鈍化質(zhì)量的方法，其原理是檢測不銹鋼表面是否有鐵離子污染。鐵離子在不銹鋼表面形成原電池，會(huì)使不銹鋼發(fā)生電化學(xué)腐蝕。 藍(lán)點(diǎn)檢驗(yàn)具體方法是：用1克鐵氰化鉀K3Fe(CN6)加3毫升(65%85%)硝酸HNO3和100毫升水配制成溶液（宜現(xiàn)用現(xiàn)配）。然后用濾紙浸漬溶液后，貼附于待測表面或直接將溶液涂、滴于待測表面，30秒內(nèi)觀察顯現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)情況，有藍(lán)點(diǎn)為不合格，無藍(lán)點(diǎn)為合格。該試驗(yàn)

6、需待酸洗鈍化表面基本干燥后進(jìn)行。 不銹鋼表面鈍化膜不完善或有鐵離子污染，就會(huì)有游離的鐵離子存在，那么即可發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe+KFe(CN6)=KFeFe(CN6)深藍(lán)色+2K 藍(lán)點(diǎn)檢驗(yàn)法一般應(yīng)用于不銹鋼化工容器制造，這是一種非常嚴(yán)格的檢驗(yàn)方法，為使檢驗(yàn)通過，必須嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程，我們建議： 1.不銹鋼放置要有專用的場地，一定要鋪木板或橡膠皮，嚴(yán)禁與碳鋼混放； 2.各類加工設(shè)備，如滾板機(jī)、剪板機(jī)臺等要進(jìn)行清洗處理，滾軸、壓角要涂刷清漆，保證不銹鋼不與 碳鋼直接接觸； 3.工裝夾具采用不銹鋼材料或襯墊不銹鋼； 4.酸洗的鋼絲刷要用不銹鋼材質(zhì)鋼絲刷；消氫熱處理，也稱后熱處理。即在焊后將焊件加熱到2

7、50350，保溫26小時(shí)，目的是使焊縫中的擴(kuò)散氫加速逸出，大大降低焊縫和熱影響區(qū)中的氫含量，防止產(chǎn)生冷裂紋。一般淬硬傾向較大的材料，焊后需要消氫熱處理，以免出現(xiàn)冷裂紋。防止氫腐蝕的途徑有:一是降低降低鋼中碳的含量，例如采用微碳純鐵，可以完全消除氫腐蝕產(chǎn)生的根源；二是采用抗氫鋼，在鋼中加入鉬、鉻、鎢、鈮、鈦等元素，形成穩(wěn)定的鉻、鉬等碳化物，使氫與碳不能結(jié)合。我國生產(chǎn)的中溫抗氫鋼有：15CrMoR、14Cr1MoR等。順便說說延遲裂紋和再熱裂紋。1 延遲裂紋1.1 延遲裂紋的定義：焊接后經(jīng)過一段時(shí)間才產(chǎn)生的裂紋為延遲裂紋。延遲裂紋是冷裂紋的一種常見缺陷，它不在焊后立即產(chǎn)生，而在焊后延遲幾小時(shí)、幾天

8、或更長時(shí)間才出現(xiàn)。1.2 有延遲裂紋傾向的材料16MnR、15MnVR（鞍鋼研制，現(xiàn)基本不生產(chǎn)了）、15MnNbR、18MnMoNbR（不好購買）、13MnMoNbR（仿制日本的BHW35，是單層厚壁用鋼，焊接性能好但價(jià)格高）、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列鋼。2 熱裂紋2.1 熱裂紋定義：焊接過程中在300以上高溫下產(chǎn)生的裂紋為熱裂紋。熱裂紋一般有在稍低于凝固溫度下產(chǎn)生的凝固裂紋，也有少數(shù)是在凝固溫度區(qū)發(fā)生的裂紋。2.2 熱裂紋產(chǎn)生的原因熱裂紋的產(chǎn)生原因是焊接拉應(yīng)力作用到晶界上的低熔共晶體所造成的。焊接應(yīng)力是產(chǎn)生裂紋的外因，低熔共晶體是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)部條件。

9、焊縫中偏高的S與Fe能形成低熔點(diǎn)共晶體，所以偏高的S是主要因素。在壓力容器焊接中，降低線能量或采用多層焊是防止熱裂紋的一種有效方法。3 再熱裂紋3.1 再熱裂紋的定義：焊接完成后，焊接接頭在一定溫度范圍內(nèi)再次加熱（消除應(yīng)力熱處理或其它加熱過程）而產(chǎn)生的裂紋為再熱裂紋。在消除應(yīng)力熱處理過程中產(chǎn)生的再熱裂紋又稱消除應(yīng)力處理裂紋，也叫SR裂紋。3.2 再熱裂紋的產(chǎn)生原因產(chǎn)生再熱裂紋的原因有二：一是與鋼中所含碳化物形成元素（Cr、Mo、V、Ti及B等）有關(guān)。如珠光體耐熱鋼中的V元素，會(huì)使SR裂紋敏感性顯著增加；二是與加熱速度和加熱時(shí)間有關(guān)，不同的鋼種存在不同的易產(chǎn)生再熱裂紋的敏感溫度范圍。因此，在制定

10、焊后熱處理工藝時(shí)，應(yīng)盡量減少焊件在敏感溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間。前者是內(nèi)在因素，后者是外在成因。在條件允許的前提下，盡可能加快升溫速度，盡快越過再熱裂紋敏感區(qū)，從而防止產(chǎn)生再熱裂紋。但加熱速度過快時(shí)，由于容器的表面與內(nèi)部溫差較大，容易產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，可能誘發(fā)焊件的變形與開裂。所以，GB150-1998在.1款中對升溫速度及焊件的溫差等進(jìn)行了限制和規(guī)定。同理，冷卻速度也應(yīng)控制。針對不同焊件制定出先進(jìn)合理、簡單易行、能滿足要求的熱處理制度是制造單位的責(zé)任，也體現(xiàn)了其經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平。3.3 采用較低升溫速度的特殊情況符合以下條件之一的焊件，宜采用較低的升溫速度，否則也可能誘發(fā)焊件開裂：1)導(dǎo)熱性差的焊

11、件；2)形狀復(fù)雜、厚度比相差懸殊的焊件；3)厚度很大的焊件。GB150-1998在10.4.5.1款中規(guī)定：最小升溫速度為50/h，焊件進(jìn)爐時(shí)的溫度不得高于400。若進(jìn)爐溫度過高，相當(dāng)于提高了升溫速度，使焊件內(nèi)、外溫差過大，在過高溫差應(yīng)力作用下易使焊件產(chǎn)生變形與開裂。3.4 有再熱裂紋傾向的材料15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列鋼。即一些沉淀強(qiáng)化型高合金鋼，該類鋼的熱處理溫度要控制：低了應(yīng)力釋放不了；高了就會(huì)裂了。具體由制造廠通過熱處理制度來控制，推薦溫度為58020。4 冷裂紋敏感性大的材料

12、一般認(rèn)為Rm450MPa以上的材料都有可能發(fā)生冷裂紋。如耐熱鋼、馬氏體不銹鋼、焊接含Ni的低合金鋼、異種鋼的焊接接頭、特殊結(jié)構(gòu)鋼和堆焊層等。應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）：是指承受應(yīng)力的合金在腐蝕性環(huán)境中由于烈紋的擴(kuò)展而互生失效的一種通用術(shù)語。應(yīng)力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發(fā)生于韌性高的材料中。發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應(yīng)力（不論是殘余應(yīng)力還是外加應(yīng)力，或者兩者兼而有之）和特定的腐蝕介質(zhì)存在。型紋的形成和擴(kuò)展大致與拉應(yīng)力方向垂直。這個(gè)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力值，要比沒有腐蝕介質(zhì)存在時(shí)材料斷裂所需要的應(yīng)力值小得多。在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴(kuò)圖的裂紋稱為沿晶裂紋，當(dāng)應(yīng)

13、力腐蝕開裂擴(kuò)展至其一深度時(shí)（此處，承受載荷的材料斷面上的應(yīng)力達(dá)到它在空氣中的斷裂應(yīng)力），則材料就按正常的裂紋（在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合）而斷開。因此，由于應(yīng)力腐蝕開裂而失效的零件的斷面，將包含有應(yīng)力腐蝕開裂的特征區(qū)域以及與已微缺陷的聚合相聯(lián)系的“韌窩”區(qū)域。碳鋼和低合金鋼焊制的壓力容器最常見的應(yīng)力腐蝕環(huán)境包括：濕H2S環(huán)境，液氨環(huán)境以及NaOH溶液。而奧氏體不銹鋼壓力容器最常見的應(yīng)力腐蝕是氯離子引起的?？僧a(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的金屬材料與環(huán)境的組合主要有以下幾種：1.碳鋼和低合金鋼：介質(zhì)為堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸等；2.奧氏體不銹鋼：氯離子、氯化物+蒸汽、濕硫化氫、堿

14、液等；3.含鉬奧氏體不銹鋼：堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅的水溶液等；4.黃銅：氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等；5.鈦：含鹽酸的甲醇或乙醇、熔融氯化鈉等；6.鋁：濕硫化氫、海水等減弱應(yīng)力腐蝕的有效方法就是對設(shè)備進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。消除應(yīng)力熱處理屬于焊接工件被加熱到500-650度而后再緩慢冷卻的過程。應(yīng)力的降低起因于高溫下的蠕變，在碳鋼中從450度開始出現(xiàn)；在含鉬的鋼中，從550度開始出現(xiàn)。溫度越高，應(yīng)力越易于消除。但是一旦超過鋼材的原始回火溫度，鋼的強(qiáng)度便要降低。所以消除應(yīng)力的熱處理一定要掌握好溫度和時(shí)間兩個(gè)要素，缺一不可。晶間腐蝕產(chǎn)生的條件是：1）酸性介質(zhì)，如，工業(yè)醋酸、硝酸、鹽酸、甲

15、酸等，但氣相酸不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。2）溫度大于50度碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度與溫度有很大影響。奧氏體不銹鋼在經(jīng)400850的溫度范圍內(nèi)（敏化溫度區(qū)域）時(shí)，會(huì)有高鉻碳化物（Cr23C6）析出，當(dāng)鉻含量降至耐腐蝕性界限之下，此時(shí)存在晶界貧鉻，會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，嚴(yán)重時(shí)能變成粉末。國外材料304是不考慮晶間腐蝕的！防止晶間腐蝕的方法大致有三種：1）固溶化處理；2）降低鋼中含碳量（C=0.08%或C=0.03%）；3）添加穩(wěn)定碳化物的元素Ti或Nb。酸洗鈍化藍(lán)點(diǎn)法檢測只是檢測方法，不是處理順便說一下這幾種方法：1.固溶熱處理：將奧氏體不銹鋼加熱到1100左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奧氏體中，然

16、后快速冷卻至室溫，使碳達(dá)到過飽和狀態(tài)（碳已經(jīng)穩(wěn)定了，沒有能力和機(jī)會(huì)與鉻形成高鉻碳化物）。這種熱處理方法為固溶熱處理。固溶熱處理中的快速冷卻似乎象普通鋼的淬火，但此時(shí)的淬火與普通鋼的淬火是不同的，前者是軟化處理，后者是淬硬（形成馬氏體）。后者為獲得不同的硬度所采取的加熱溫度也不一樣，但沒到1100。2.穩(wěn)定化處理：為避免碳與鉻形成高鉻碳化物，在奧氏體鋼中加入穩(wěn)定化元素（如Ti和Nb），在加熱到875以上溫度時(shí)，能形成穩(wěn)定的碳化物（由于Ti和Nb能優(yōu)先與碳結(jié)合，形成TiC或NbC），大大降低了奧氏體中固溶碳的濃度（含量），從而起到了犧Ti和Nb保Cr的目的。經(jīng)穩(wěn)定化處理比進(jìn)行固溶熱處理的奧氏體不銹

17、鋼，具有更好的綜合機(jī)械性能。不銹鋼消除應(yīng)力熱處理問題 (2009-10-04 10:54:11)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽：文化不銹鋼的熱處理一直是壓力容器設(shè)計(jì)者比較頭疼的問題，從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定上也是這樣，涉及到不銹鋼的熱處理要么是不用熱處理，要么沒有具體的說明。以下文字摘自藤田輝夫（日）編寫的不銹鋼熱處理一書，是日本壓力容器對不銹鋼消除應(yīng)力熱處理的一些做法：焊后熱處理的方法，在日本規(guī)范UCS-56(e)中規(guī)定如下：1.把容器裝入爐內(nèi)時(shí)，爐溫不可超過316；2.從316升溫，速度不能超過205/小時(shí)（可根據(jù)厚度來調(diào)整），升溫中15英尺長度上的溫差不能超過121；3.保溫溫度要高于下表所列，在保溫期間，容器各部最

18、高和最低溫差不能超過66；4.要避免過度氧化，不能直接與火焰接觸；5.316以上，在爐內(nèi)或冷卻室內(nèi)冷卻，冷卻速度不可超過260/小時(shí)（可按厚度來調(diào)整），316以下可進(jìn)行空冷。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局司發(fā)文質(zhì)技監(jiān)鍋?zhàn)?00095號關(guān)于加強(qiáng)環(huán)氧乙烷儲運(yùn)容器安全管理的通知各省、自治區(qū)、直轄市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局：環(huán)氧乙烷是一種易燃易爆、易發(fā)生聚合反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，在空氣中1個(gè)大氣壓條件下爆炸極限為3%100%容積百分濃度，因此對環(huán)氧乙烷的儲存和運(yùn)輸要求非常嚴(yán)格，一般采用氮?dú)饷芊狻Ｄ壳坝行﹩挝挥捎趯Νh(huán)氧乙烷的性質(zhì)了解不夠，致使環(huán)氧乙烷儲運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)、使用和運(yùn)輸存在著較嚴(yán)重的事故隱患。為了保證環(huán)氧乙烷的儲運(yùn)和使用安全，我局委托全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織有關(guān)專家，專題研究了環(huán)氧乙烷儲運(yùn)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)等問題。根據(jù)專家意見，我局提出如下要求，請各單位嚴(yán)格執(zhí)行：1.儲運(yùn)環(huán)氧乙烷的壓力容器，其設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)符合以下要求：1.環(huán)氧乙烷汽車罐車（1）環(huán)氧乙烷的物性數(shù)據(jù)按GB13098-91工業(yè)環(huán)氧乙烷確定；（2）設(shè)計(jì)溫度：-1020；（3）充