激光冲击辅助的奥氏体不锈钢组织与性能研究(3)
晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀，是产生在晶粒间界的一种腐蚀形式，即金属材料在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。这种腐蚀能使晶粒间的结合能力大大削弱，严重的时候还可以使钢的强度、塑性以及韧性急剧降低，但是遭受这种局部腐蚀的不锈钢在外形以及尺寸上并没有多少变化，除了受到腐蚀的区域之外，其它部位仍然没有任何腐蚀的迹象，大多数情况下金属仍能具有金属光泽，因此，在外观上晶间腐蚀不易被察觉，但是从局部抽样检验却可以发现，受到晶间腐蚀部位的强度以及塑性已严重降低或丧失，若是在内外应力的作用下，稍微轻轻的弯曲即会产生裂纹，轻轻的敲击便会碎成细粒，从构件上脱落下来，从而导致设备失效，危害性极大，是不锈钢最为危险的一种破坏形式[3]。因此，进一步改善奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能，对于扩大奥氏体不锈钢的应用领域、确保设备的安全运行具有十分重要的意义。
1.2 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及其控制方法
1.2.1 奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢是常温下具有奥氏体组织的不锈钢,含Cr约18%、Ni8%-10%、C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢具有高韧性和塑性,但强度较低,如加入S、Ca、Se、Te等元素,则具有良好的易切削性。奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的类型,该类不锈钢有极好的抗腐蚀性,无磁性和生物相容性。同时组织及性能对温度变化反应小,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。在化工,海洋、石油化工、仪表制造、食品生物,医学等行业中得到广泛使用[4]。
晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀，遭受这种腐蚀的不锈钢，表面看来还很光亮，但经不起轻轻敲击便会破碎成细粒。由于晶间腐蚀不易检查，造成设备的突然破坏，所以危害性极大[5]，统计资料认为这类腐蚀约占总腐蚀类裂的10.2％[6]。奥氏体不锈钢是工业中应用最广的不锈钢之一，多半在约427℃-816℃的敏化温度范围内，在特定的腐蚀环境中易发生晶间腐蚀，晶间腐蚀还会加快整体腐蚀，因此，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的研究是多年来研究重点。实践表明，合适的固溶处理、稳定化处理、降低碳及杂质元素(如，硅、磷和氮等)在奥氏体不锈钢晶界的含量、消除或防止热加工或冷加工过程中对材料的影响等，都是降低晶间腐蚀敏感性和防止晶间腐蚀的有效措施[7]。
1.2.2 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀机理
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，最后是工艺因素。
在室温下，C在奥氏体不锈钢中的溶解度约为0.02-0.03 wt％，而不锈钢中的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[8]。但此种状态下的奥氏体不锈钢在温度 450－850 ℃（敏化温度）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[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。
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