不銹鋼的晶間腐蝕是沿不銹鋼晶粒間界面產(chǎn)生的一種優(yōu)先破壞。它曾經(jīng)是20世紀(jì)30～50年代人們最為關(guān)注、常見的腐蝕破壞形式。雖然不銹鋼敏化態(tài)晶間腐蝕的事故已大量減少，從選擇材料入手就可以從根本上解決，但非敏化態(tài)晶間腐蝕的研究和解決尚需繼續(xù)努力。以下將分別介紹鉻鎳奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)晶間腐蝕和非敏化態(tài)晶間腐蝕以及鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕。

1. 鉻鎳奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)晶間腐蝕

  鉻鎳奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)的晶間腐蝕早在20世紀(jì)20～30年代就已引起人們的重視，并進行了大量深入的研究。幾十年來，通過大量研究和實踐，應(yīng)當(dāng)說無論從理論上還是從解決實際工程問題上，已獲得圓滿的解決（除個別例外），國內(nèi)外Cr-Ni奧氏體不銹鋼晶間腐蝕事故大大減少。

  使Cr-Ni奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的常見介質(zhì)有硝酸、硫酸、磷酸和其他。

   ①. 硝酸。硝酸+鹽酸；硝酸+氫氟酸；硝酸+醋酸；硝酸+氯化物；硝酸+硝酸鹽。

   ②. 硫酸。硫酸+硝酸；硫酸+甲醇；硫酸+硫酸亞鐵；硫酸+硫酸銨；硫酸+硫酸銅。

   ③. 磷酸。磷酸+硝酸；磷酸+硫酸。

   ④. 其他。硫酸銅；硫酸鐵+氫氟酸；氫氟酸；乳酸；人體液；尿素甲銨液；氯化鐵。

  長期以來，人們選用含穩(wěn)定化元素Ti、Nb的Cr-Ni奧氏體不銹鋼，例如，07Cr18Ni11Ti、06Cr18Ni11Ti、06Cr17Ni12Mo2Ti、06Cr18Ni11Nb、07Cr18Nil1Nb等以防止敏化態(tài)的晶間腐蝕，并取得了滿意的效果。Ti、Nb的作用主要是與鋼中過飽和的形成穩(wěn)定的TiC、NbC等碳化物來防止或減少鉻碳化物Cr23C6的形成。

  由于鋼中Ti不僅與C相結(jié)合，而且還與鋼中N、S相結(jié)合，形成TiN、TiS，因此加入的Ti量應(yīng)大于等于4×[C]+1.5×[S]+3.43([N]≈0.001)；隨固溶處理溫度的升高，不僅鋼中Cr₂₃C₆溶解，而且TiC也溶入基體中，在隨后冷卻過程或在敏化溫度停留就會有更多Cr₂₃C₆析出，而增加晶間腐蝕的敏感。因此，即使是含Ti鋼，鋼的固溶處理溫度也不宜太高，一般認(rèn)為以1000℃為宜；在850℃左右處理的鋼中C結(jié)合Ti的量最高，也就是最有利于TiC的形成。因此，固溶處理后再經(jīng)850℃左右的穩(wěn)定化的處理，可使含Ti鋼獲得最佳耐晶間腐蝕效果。

  但是含穩(wěn)定化元素Ti、Nb特別是含Ti的不銹鋼有許多缺點，在不銹鋼冶金工藝日新月異的今天，有些缺點已嚴(yán)重阻礙了不銹鋼冶金生產(chǎn)的科技進步并給使用帶來不必要的損失和危害。

  例如，Ti的加入，使鋼的黏度增加，流動性降低給不銹鋼的連續(xù)澆注工藝帶來困難；Ti的加入使鋼錠、鋼坯表面質(zhì)量變壞，不僅增加了冶金廠的鋼錠、鋼坯修磨量，而且顯著降低鋼的成材率，從而提高了不銹鋼的成本；Ti的加入，由于TiN等非金屬夾雜物的形成，降低了鋼的純凈度。不僅使鋼的拋光性能變差，而且由于TiN等夾雜常常成為點腐蝕源，而使鋼的耐蝕性下降；含Ti的不銹鋼焊后在介質(zhì)作用下，沿焊縫熔合線易出現(xiàn)“刀狀腐蝕”同樣引起焊接結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞。

  由于含Ti不銹鋼的上述缺點。在不銹鋼產(chǎn)量最大的日、美等國，含Ti的18Cr-8Ni不銹鋼，例如，06Cr18Ni11Ti相當(dāng)于國內(nèi)的06Cr18Ni9Ti的產(chǎn)量僅占Cr-Ni不銹鋼產(chǎn)量的1％～2％，而我國仍占Cr-Ni不銹鋼產(chǎn)量的90％以上。這既反映了我國不銹鋼生產(chǎn)和鋼種使用上的不合理。也說明我國在不銹鋼生產(chǎn)和使用中鋼種結(jié)構(gòu)上的落后狀況。

  我們建議選用超低碳Cr-Ni奧氏體不銹鋼，例如，用022Cr19Ni10（304L）和控氮的022Cr19Ni10 代替 07Cr18Ni11Ti（321H）和06Cr18Ni11Ti（321）；用022Cr17Ni12Mo2（316L）和022Cr19Ni13Mo3（317L）以及控氮的022Cr17Ni12Mo2（316L）、022Cr19Ni13Mo3（317L）分別代替含 Mo2％、3％的06Cr17Ni12Mo3Ti（316Ti）、06Cr18Ni12Mo（Ti）。研究和大量實踐已證明，碳含量在0.04％～0.06％以下的低碳18-8型（304）和17-12-2（Cr-Ni-Mo）型（316）奧氏體不銹鋼，當(dāng)厚度≤6mm時，經(jīng)焊后使用對晶間腐蝕并不敏感。因此，在許多條件下都可用含C：0.04％～0.06％，用不含Ti的牌號代替含Ti的Cr-Ni奧氏體不銹鋼。試驗還指出，在苛刻的腐蝕環(huán)境中，為了防止敏化態(tài)晶間腐蝕，超低碳18-8型和17-12-2型奧氏體不銹鋼，其含C量應(yīng)控制在0.020％～0.025％；高含Ni量的Cr-Ni奧氏體不銹鋼，如06Cr25Ni20(310S)、022Cr20Ni25Mo4.5Cu、022Cr25Ni22Mo2N等，其含C量應(yīng)控制在0.015％～0.020％。

  由于超低碳（［C］0.02％～0.03％）Cr-Ni奧氏體不銹鋼的強度比用Ti、Nb穩(wěn)定化的不銹鋼為低。當(dāng)強度不足時，可選用控氮（［N］0.05％～0.08％）和氮合金化（≥0.10％）的超低碳[N]≥0.10%Cr-Ni奧氏體不銹鋼，它們不僅強度高，而且耐晶間腐蝕、耐點腐蝕等性能也均較含Ti、Nb的不銹鋼為佳。

  雙相Cr-Ni不銹鋼比單相Cr-Ni奧氏體不銹鋼強度高，耐晶間腐蝕性能好。因此，在一些使用條件下，可選用與Cr-Ni奧氏體不銹鋼相對應(yīng)的雙相Cr-Ni不銹鋼代替含Ti、Nb不銹鋼。

  建議含Ti、Nb的Cr-Ni奧氏體不銹鋼僅用于低碳，以及超低碳不銹鋼無法代替的情況下應(yīng)用，例如，作為耐熱鋼使用和在硫酸等用途中使用。

2. 鉻-鎳奧氏體不銹鋼的非敏化態(tài)（固溶態(tài)）晶間腐蝕

  如上所述，鉻鎳奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)晶間腐蝕，通過大量研究和實踐，已獲得較圓滿的解決。而鉻鎳奧氏體不銹鋼的非敏化態(tài)（固溶態(tài)）晶間腐蝕。但截至目前為止，從理論到實踐還沒有獲得滿意的解釋和解決。

  從理論上講，發(fā)展 磷≤0.01%、硅≤0.10%、硼≤0.008％的高純Cr-Ni奧氏體不銹鋼是解決非敏化態(tài)晶間腐蝕最根本的措施，雖然實驗室內(nèi)完全可以做到，但冶金工廠大量生產(chǎn)高純Cr-Ni奧氏體不銹鋼還有極大困難，即使批量生產(chǎn)能夠做到，但鋼的成本和售價也要大大提高。

  目前，為解決硝酸用途中的非敏化態(tài)晶間腐蝕。主要是選用高硅（［Si］≈4％）不銹鋼，如06Cr18Ni11Si4AITi、022Cr20Ni24Si4Ti、022Cr14Ni14Si4、022Cr17Ni15Si4Nb等，高硅不銹鋼在有Cr6＋存在的硝酸和發(fā)煙硝酸中，由于二氧化硅鈍化膜的形成，不僅顯著降低鋼的腐蝕速度而且還可防止非敏化態(tài)晶間腐蝕的產(chǎn)生。高硅不銹鋼中含穩(wěn)定化元素，特別是既超低碳，又含穩(wěn)定化元素的牌號，既可防止非敏化態(tài)，又可防止焊后敏化態(tài)的晶間腐蝕。實驗和實用表明，在濃度為70％～95％的HNO3中，溫度≤50℃可選用06Cr18Ni11Si4AITi，022Cr14Ni14Si4 和022Cr17Ni15Si4Nb；溫度≤80℃可選用022Cr20Ni24Si4Ti；在濃度＞95％的HNO3中，溫度＜50℃可選用 06Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr14Ni14Si4、022Cr17Ni15Si4Nb；溫度≤80℃可選用022Cr20Ni24Si4Ti。

  為解決二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)中四大高壓設(shè)備，即尿素合成塔，高壓冷凝器，高壓洗滌器，二氧化碳汽提塔用Cr-Ni奧氏體不銹鋼的非敏化態(tài)晶間腐蝕，目前仍需選用已有大量成熟使用經(jīng)驗的尿素級 022Cr17Ni14Mo2 和022Cr25Ni22Mo2N。但是，在這些不銹鋼的生產(chǎn)廠中需盡量控制鋼中C、P、Si量。特別是P量應(yīng)盡量低。由于00Cr25Ni22Mo2N不銹鋼在高溫高壓尿素甲銨液中，其耐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于尿素級00Cr17Ni14Mo2，因而建議擴大00Cr25Ni22Mo2N鋼的使用范圍并代替部分耐蝕性不足并有嚴(yán)重非敏化態(tài)晶間腐蝕的022Cr17Ni14Mo2，或用含N的尿素級的022Cr17Ni13Mo2N代替現(xiàn)有的022Cr17Ni14Mo2。由于非敏化態(tài)晶間腐蝕系在高溫且強氧化性的尿素生產(chǎn)條件下才能產(chǎn)生，因此，在合理選材的同時，也要控制尿素生產(chǎn)的工藝條件，這對防止非敏化態(tài)晶間腐蝕也是非常重要的。

3. 鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕

  鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼一樣。在某些條件下同樣會產(chǎn)生晶間腐蝕。雖然早在20世紀(jì)50年代，鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕就已引起人們的注意，但由于鐵素體不銹鋼用量較少，而且人們又多采用含穩(wěn)定化元素Ti的鐵素體鋼，故在實際使用中晶間腐蝕事故不多，所以對晶間腐蝕的研究并沒有引起人們的足夠重視。60年代以來，由于不銹鋼精煉技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高純（［C＋N］≤150×10-6) 高鉻鐵素體不銹鋼，如008Cr27Mo和008Cr30Mo2。人們又開始針對鐵素體不銹鋼的韌性、耐晶間腐蝕性能，焊接性能等進行了更加廣泛和深入的研究。從而對鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕的影響因素及其形成機理有了更加全面的了解。

  鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕與前述Cr-Ni奧氏體鋼不同，它一般出現(xiàn)在高于900～950℃加熱后（或焊接后），甚至在水淬等急冷條件下也無法避免；而經(jīng)過750～850℃短時間加熱處理，鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕敏感性可減輕，甚至可消除；鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕系產(chǎn)生在緊靠焊縫熔合線的附近區(qū)域，而不是在Cr-Ni奧氏體不銹鋼的熱影響區(qū)內(nèi)。除出現(xiàn)部位上的差異外，對鐵素體不銹鋼晶間腐蝕的識別基本上與Cr-Ni奧氏體不銹鋼的敏化態(tài)晶間腐蝕相同。

  鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕不僅在強腐蝕性介質(zhì)中產(chǎn)生，而且在弱介質(zhì)中，例如，在自來水中亦可出現(xiàn)。

  大量研究表明，應(yīng)用貧鉻理論同樣可滿意地解釋鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕現(xiàn)象。

  高鉻鐵素體不銹鋼在900～950℃以上加熱時，鋼中C、N固溶于鋼的基體中。由于鋼中Cr在鐵素體內(nèi)的擴散速度約為奧氏體中的100倍。而C、N在鐵素體內(nèi)不僅擴散速度快，而且溶解度也低。因而，高溫加熱后，在隨后的冷卻過程中，即使快冷也常常難以防止高鉻的碳、氮化物沿晶界析出和貧鉻區(qū)的形成。而在750～870℃溫度范圍內(nèi)，鐵素體中的Cr仍有足夠的速度向晶界擴散并使貧鉻區(qū)的鉻貧化程度降低和消失。因此，鐵素體不銹鋼在750～870℃處理，可降低、消除鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。但是溫度在500～700℃范圍內(nèi)，鋼中鉻的擴散速度減小，短期內(nèi)無法使貧鉻區(qū)消失，故先經(jīng)高溫加熱，而在冷卻過程中又通過500～700℃溫度區(qū)的鐵素體不銹鋼，由于晶界有貧鉻區(qū)存在。在腐蝕介質(zhì)作用下就會產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象。