不锈钢晶间腐蚀与应力腐蚀如何区分

    在不锈钢的问题上经常提到应力腐蚀和晶间腐蚀 ，他们的腐蚀到底有什么不同呢？如何区分呢？

    1、晶间腐蚀 晶粒间界是结晶方向不同的晶粒间紊乱错合的界域 ，因而，它们是金属中各溶质元素偏析或金属化合物沉淀析出的有利区域 。在某些腐蚀介质中，晶粒间可能先行被腐蚀。这种沿着材料晶粒间界先行发生腐蚀 ，使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象，称为晶间腐蚀 。特点是金属的外形尺寸几乎不变 ，大多数仍保持金属光泽，但金属的强度和延性下降 ，冷弯后表面出现裂缝，失去金属声 ，作断面金相检查时，可发现晶界或毗邻区域发生局部腐蚀，甚至晶粒脱落，腐蚀沿晶界发展推进较为均匀。

    2、应力腐蚀 金属材料在应力（拉应力）和腐蚀介质的联合作用下，经过一定时间后出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，致使金属材料失效，这种现象称为应力腐蚀开裂 。特点是出现腐蚀裂缝甚至断裂，裂缝的起源点往往在点腐蚀小孔或腐蚀小坑的底部 ；裂缝扩展有沿晶间、穿晶粒和混合型三种，主裂缝通常垂直于应力方向，多半有分枝 ；裂缝端部尖锐 ，裂缝内壁及金属外表面的腐蚀程度通常很轻微，裂缝端部的扩张速度很快 ，断口具有脆性断裂的特征 。 首先  ，试验方法不同，晶间腐蚀试验采用硫酸和硫酸铜 ，加热温度650℃左右 ；应力腐蚀试验采用沸腾氯化镁，加热到1025℃  。 其次，试验目的不同 ，晶间腐蚀试验是考核沿晶界的局部腐蚀情况 ；应力腐蚀试验是考核表面裂纹所显示的应力承受水平。 其相同之处是，都是针对不锈钢的检验 ，都是当对检验结构有疑问时，采用金相检验予以确认。 金属晶界区域的溶解速度远大于晶粒本体的溶解速度时，就会产生晶间腐蚀，产生原因主要是金属晶界区的物质同晶粒本体的电化学性质有差异（外在要具有适当的介质在该介质条件下足以显示出晶界物质同晶粒本体之间的电化学性质差异 ，而这种差异引起不等速溶解）。

    当固溶处理后的奥氏体不锈在500~850温度范围内加热时过饱和的碳就要全部或部分地从奥氏体中析出 ，形成铬地碳化物，分布在晶界上，析出的碳化铬的含铬量比奥氏体基体的含铬量高得多  ，含铬量这样高的碳化晶界析出必然使碳化物附近的晶界区贫铬，形成贫铬区，贫铬区的电解密度比晶粒本体溶解电解密度大很多 ，从而使贫铬区优先溶解 ，产生晶间腐蚀。 

    应力腐蚀：是指在静拉伸力和腐蚀介质共同作用下产生的，是定向的阳极溶解形成的。 应力腐蚀现象包括四个要素： 1、敏感的金属材料； 2、特定的介质环境； 3、处于张应力状态下； 4、经过一定的时间。 晶间腐蚀沿着边界发生的选择性腐蚀称为晶间腐蚀,因为金属的最稳定的结构是它特有的结晶点阵,晶界则是晶粒间的错接区,因而晶界是高能区,具有更强的化学活性,一般晶界比晶粒腐蚀得快。

     若晶界明显活跃得多，就产生晶间腐蚀 ，其含义是晶界或其临近产生局部腐蚀，至于具体腐蚀原因和过程，则依不同的合金而异。 18-8奥氏体不锈钢在500～800摄氏度温度范围内加热后 ，变得敏化 ，易于发生晶间腐蚀，几乎一致认为 ，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的理论是基于晶界贫铬。普通的18-8不锈钢，一般含碳量为0.06～0.08％。当含碳量约为0.02％或更高时，在500～800摄氏度范围内 ，Cr23C6实际上不固溶，并从固体中沉淀出来，结果使与晶界临近的金属中的铬含量降低，贫铬区发生腐蚀 。 防止或减缓晶间腐蚀的措施： a.选用抗晶间腐蚀的合金; b.选择合适的热处理工艺，如铝合金过时效处理； c.在确定焊接工艺，铝合金胶接及铣切工艺 ，回避容易产生晶间腐蚀的温度下处理 。 

     锅炉受压组件在腐蚀介质和应力的作用下所引起的损坏称为应力腐蚀，其表现的形式是腐蚀与裂纹同时出现。应力腐蚀属于电化学腐蚀 ，一般从金属表面应力集中缺陷处或电学腐蚀的狭长沟处开始，在拉应力的作用下，腐蚀不断向深处发展，裂纹也不断向深处发展，由于裂纹处的应力很高，腐蚀又是大面积的阴极和小面积的阳极组合，因此腐蚀裂纹扩展速度很快 。应力腐蚀裂纹的宏观特征为裂纹基本上与应力方向垂直；微观特征为裂纹可能是沿晶间或穿晶 ，也可能是沿晶间和穿晶的混合型。这与材料、腐蚀介质、温度、应力等因素有关。应力腐蚀裂纹断口宏观形态为脆性断裂，没有塑性变形的痕迹，断口表面失去金属光泽，有时可以看到腐蚀的痕迹和产物，腐蚀产物一般呈灰黑色。常见的应力腐蚀有苛性脆化和腐蚀疲劳。

    正解如下： 【晶间腐蚀】 在某一温区加热后，金属材料的晶界上可能析出化合物，这样将导致晶界附近（晶间）有益耐蚀性的元素贫化，如果此时不具备消除这种局部化学成分变化的条件 ，这种区域将一直保持并导致此区域在今后的材料服役过程中严重腐蚀、甚至断裂，这就是晶间腐蚀。 通常在发生晶间腐蚀的材料表面难以观察到明显的变化，但材料表面层各晶粒之间的结合力已经显著削弱 。 不锈钢中的析出的主要是Cr的碳化物，而Cr是不锈钢具有耐腐蚀性能的主要基础元素 ，Cr在晶间的贫化是导致晶间腐蚀的主要原因，可以通过合理的热处理消除晶间贫Cr  、避免不锈钢发生晶间腐蚀。 顺便提一句，在不锈钢之外的多种合金材料上均可能发生晶间腐蚀，但不同的材料对不同的腐蚀介质敏感。

【应力腐蚀】 在没有腐蚀介质接触的情况下，金属材料所承受的应力（主要是拉应力）只要不大于材料的强度 ，即使发生了明显的变形 ，材料也不至于发生断裂破坏。然而 ，当材料与腐蚀介质接触时，即使材料承受的应力远低于它的屈服强度，它 也会在一定时间后发生断裂，这种现象就是应力腐蚀  ，前述的“一定时间”就是断裂寿命。介质不变时，应力越大、断裂寿命就越短 ；应力不变时，介质浓度  、温度、压力（尤其是有害杂质的分压）将制约材料的断裂寿命。 通常情况下应力腐蚀导致的金属材料断裂为脆性断裂 ，材料的内应力（例如相变引起的组织应力 、冷作硬化引起的残余应力等）也会导致材料发生应力腐蚀断裂。因而 ，通常情况下，同一种金属材料的强度和硬度越高，则抗应力腐蚀的能力越差；韧性和塑性越好，则抗应力腐蚀的性能也越好 。

    另外，一般认为，应力腐蚀断裂与氢脆有关。 多数金属材料会发生应力腐蚀现象，但不同材料的敏感介质不同。

     对不锈钢等铁基合金而言，Ni含量的提高将显著改善它的抗应力腐蚀性能，一般认为当含Ni量大于40%时，合金对应力腐蚀将变得不再敏感，而实际情况会复杂得多。 晶间腐蚀 ：当奥氏体不锈钢在425度-870度之间保持足够的时间 ，碳化铬（Cr23C6）首先沉积在奥氏体晶界上。这种沉积物形式被认为是敏化作用 。当被敏化的材料在相当强的腐蚀介质中接触足够长的时间后，就会发生晶间腐蚀。 敏化处理的制度 ：一般为650度保温0.5-2h。双相钢为650度保温半小时（0.5h）。

    当制造过程中温度超过400度时，要提供敏化处理的试样进行试验。 晶间腐蚀产生的条件是： 1.酸性介质 ，如 ，工业醋酸、硝酸、盐酸、甲酸等，但气相 酸不会产生晶间腐蚀。基本上所有的弱酸都对奥氏体不锈钢有晶间腐蚀。

    2.温度〉50度 防止晶间腐蚀大致有三种  ：

    1.固溶化处理；将金属加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到饱和固溶体的工艺称固溶处理。 固熔化处理指加热到1100℃，使析出物重新分解熔入奥氏体内，经淬火进入一次稳定区。 通过固溶处理铬镍不锈钢将高温组织在室温下固定下来获得被碳过饱和的奥氏体，以改善铬镍不锈钢的耐腐蚀性  。此外，它还能提高铬镍不锈钢的塑性和韧性。

    2.降低钢中含碳量尽量使用超低碳（C<=0.03%）钢种；这样在晶间处铬的含量减少可基本保持在安全限度内  。因为碳很少那么析出的Cr23C6就很少 ，也基本上造成晶间贫铬的机会就很小了。

    3.添加稳定碳化物的元素Ti或Nb。稳定化处理指加热到875℃保温2小时空冷。使碳化物充分析出，使铬元素充分扩散 。从而进入二次稳定区。