摘要：本文依據(jù)國家有關(guān)不銹鋼低壓流體輸規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)簡略介紹了不銹鋼及不銹鋼管道系統(tǒng)有關(guān)晶間腐蝕的概念，產(chǎn)生條件，預(yù)防措施，產(chǎn)生的危害，從而應(yīng)秉持科學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)，專業(yè)的態(tài)度進(jìn)行生產(chǎn)管理工作，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

 

       當(dāng)今，在低壓流體輸送管道領(lǐng)域，薄壁不銹鋼管道的開發(fā)應(yīng)用在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢，多種管道的連接方式被運(yùn)用到薄壁不銹鋼管道上面來。薄壁不銹鋼管道以其優(yōu)越的性能和優(yōu)點(diǎn)在低壓流體管道輸送領(lǐng)域大顯身手。特別是在輸水，輸氣，輸油，粉末輸送等民用，工業(yè)上不斷的開發(fā)應(yīng)用日漸廣泛。

       薄壁不銹鋼管道有其優(yōu)越的性能，但其加工過程相對來說比較復(fù)雜，某些加工環(huán)節(jié)專業(yè)性較強(qiáng)，所以 ，薄壁不銹鋼管道要想凸顯它的諸多優(yōu)越性是在嚴(yán)格遵守，控制其加工工藝過程才能保證的，否則就會造成其巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，我們應(yīng)該以科學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)，專業(yè)的態(tài)度認(rèn)真對待此問題。

       在不銹鋼管道應(yīng)用加工過程中存在諸多專業(yè)性非常強(qiáng)的問題，其中機(jī)械加工過程中的不銹鋼材質(zhì)物理性能變化問題，焊接過程化學(xué)，物理變化問題，表面處理問題 應(yīng)用維護(hù)問題都是比較突出的，無論處理不好哪一環(huán)節(jié)問題，不銹鋼管道的優(yōu)越性都無法實(shí)現(xiàn)，甚至造成重大的工程質(zhì)量問題。

       在諸多常見問題中不銹鋼管道的有關(guān)腐蝕問題是大家經(jīng)常討論的，不銹鋼管道腐蝕形式有電偶腐蝕，點(diǎn)腐蝕 縫隙腐蝕，應(yīng)力腐蝕，大氣腐蝕 氯離子腐蝕 晶間腐蝕，黯化，沖蝕，氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂，嵌入鐵屑腐蝕等常見的幾種形式，其中有些腐蝕相互作用，互相促進(jìn)。現(xiàn)在就其中晶間腐蝕問題淺談一下。

何為晶間腐蝕？

        晶間腐蝕是局部腐蝕的一種。沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。而且腐蝕發(fā)生后金屬和合金的表面仍保持一定的金屬光澤，看不出被破壞的跡象，但晶粒間結(jié)合力顯著減弱，力學(xué)性能惡化, 不能經(jīng)受敲擊，所以是一種很危險(xiǎn)的腐蝕。通常出現(xiàn)于黃銅、硬鋁合金和一些不銹鋼、鎳基合金中。不銹鋼焊縫的晶間腐蝕是化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重大問題。

      不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。

        產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼，當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，即會沿晶界斷裂、強(qiáng)度幾乎完全消失，這是不銹鋼的一種最危險(xiǎn)的破壞形式。晶間腐蝕可以分別產(chǎn)生在焊接接頭的熱影響區(qū)(HAZ)、焊縫或熔合線上，在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱刀線腐蝕(KLA)。

 

晶間腐蝕

       不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于10~12%。當(dāng)溫度升高時(shí)，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度大于鉻的擴(kuò)散速度。因?yàn)槭覝貢r(shí)碳在奧氏體中的溶解度很小，約為0.02%~0.03%，而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散，并和鉻化合，在晶間形成碳化鉻的化合物，如(CrFe)23C6等。數(shù)據(jù)表明，鉻沿晶界擴(kuò)散的活化能力162~252KJ/mol，而鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散活化能約540KJ/mol，即:鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散速度比鉻沿晶界擴(kuò)散速度小，內(nèi)部的鉻來不及向晶界擴(kuò)散，所以在晶間所形成的碳化鉻所需的鉻主要不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部，而是來自晶界附近，結(jié)果就使晶界附近的含鉻量大為減少，當(dāng)晶界的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低到小于12%時(shí)，就形成所謂的"貧鉻區(qū)"，在腐蝕介質(zhì)作用下，貧鉻區(qū)就會失去耐腐蝕能力，而產(chǎn)生晶間腐蝕。

      含碳量超過0.03%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼(即不含鈦或鈮的0Cr18Ni9不銹鋼)，如果熱處理不當(dāng)則在某些環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在425-815℃之間加熱時(shí)，或者緩慢冷卻通過這個(gè)溫度區(qū)間時(shí)，都會產(chǎn)生晶間偏析，這樣的熱處理造成碳化物在晶界沉淀(敏化作用)，并且造成最鄰近的區(qū)域鉻貧化使得這些區(qū)域?qū)Ω�蝕敏感。敏化作用也可出現(xiàn)在焊接時(shí)，在焊接熱影響區(qū)造成其后的局部腐蝕。

折疊產(chǎn)生產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件

(1)晶粒和晶界區(qū)的組織不同，因而電化學(xué)性質(zhì)存在顯著差異。--內(nèi)因

(2)晶粒和晶界的差異要在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下才能顯露出來。--外因

預(yù)防措施

1 、調(diào)整焊縫的化學(xué)成份，加入穩(wěn)定化元素減少形成碳化鉻的可能性，如加入鈦或鈮等。 

2 、減少焊縫中的含碳量，可以減少和避免形成鉻的碳化物，從而降低形成晶界腐蝕的傾向，含碳量在0．04%以下，稱為“超低碳”不銹鋼，就可以避免鉻的碳化物生成。

3、控制在危險(xiǎn)溫度區(qū)的停留時(shí)間，防止過熱，快焊快冷，使碳來不及析出。

4、固溶處理

5、設(shè)計(jì)工藝時(shí)需要注意如下幾點(diǎn)

·在選擇不銹鋼前應(yīng)對環(huán)境和可能的清洗制度進(jìn)行評估，以確定沉積物、污染物、煙塵、氧化鐵顆 粒、二氧化硫和鹽的暴露；  

·采用一個(gè)雨水能沖走表面沉積物的設(shè)計(jì)；  

·在無法進(jìn)行定期清洗的隱蔽處，采用較高級別的不銹鋼； 

·盡量減少暴露在潮濕空氣或強(qiáng)腐蝕介質(zhì)區(qū)域的縫隙； 

·不銹鋼緊固件的耐蝕性要與被連接件相當(dāng)或高于被連接件的耐蝕性； 

·決不允許在不銹鋼上使用碳鋼刷或鋼棉，而應(yīng)使用不銹鋼刷或用惰性材料制成的軟毛刷； 

·決不允許在不銹鋼上及其周圍使用鹽酸或粗鹽酸。如果粗鹽酸不慎濺到不銹鋼表面上，應(yīng)在不銹 鋼被嚴(yán)重腐蝕之前，立即用大量清水進(jìn)行清洗； 

·在可能受潮的場合，異種金屬要彼此電絕緣。這可以通過惰性墊片、保護(hù)性涂層如油漆或其它防 止直接接觸的物理屏障來實(shí)現(xiàn)。異種金屬應(yīng)避免用于可能有水而又無法使金屬絕緣地方； 

·如果設(shè)計(jì)要求焊件厚度超過 0.25 英寸（6mm），并且焊接區(qū)域要暴露在腐蝕環(huán)境中時(shí)，一定要使 用低碳型的不銹鋼（如 304L 和 316L），以降低敏化作用的危險(xiǎn)和提高焊縫的耐蝕性能； 

·如果用填充金屬進(jìn)行焊接，填充金屬的耐蝕性能應(yīng)和基體金屬相當(dāng)，或高于基體金屬的耐蝕性； 

·焊接缺陷，如氣孔、裂縫、鋼渣及焊接飛濺物是潛在的腐蝕源，應(yīng)當(dāng)修補(bǔ)或去除； 

·可見的焊縫應(yīng)進(jìn)行調(diào)整處理及拋光，使其與母材金屬表面加工相配合，注意除去殘留的飛濺物及 氧化色； 

·不要用先前在碳鋼上已使用過的研磨拋光或噴丸材料，以避免把碳鋼嵌入不銹鋼表面； 

·對先前在碳鋼上使用過的工具和工作區(qū)域要進(jìn)行清理，以便去除鐵顆粒，防止它們轉(zhuǎn)移到不銹鋼 表面； 

·在制造、船運(yùn)和安裝過程中，應(yīng)當(dāng)用紙或可剝性塑料膜對不銹鋼進(jìn)行保護(hù)； 

·焊接前清洗不銹鋼表面的油脂、潤滑劑、油漆和蠟筆記號以防止焊接污染。由于在焊接過程中氣 體保護(hù)不當(dāng)或氧化色去除不夠充分都可能導(dǎo)致不銹鋼表面鉻的貧化及由此而引起的耐蝕性降低； 

 

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)和國際上現(xiàn)有關(guān)于晶間腐蝕的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種方法:

GB/T 4334.(1~5)-2000不銹鋼晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(根據(jù)不同材料敏感性選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn))

ASTMA262-2014 奧氏體不銹鋼晶間腐蝕標(biāo)準(zhǔn)方法

ISO 3651-(1-5):1998 不銹鋼耐晶間腐蝕的測定

JIS G (0571-0575):2003 不銹鋼耐晶間腐蝕的測定

ASTM_A763-93(W X Z):2004 鐵素體不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢測

GB/T 15260-1994《鎳合金晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》

GB/T 21433-2008《不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)》

CB/T 3949-2001 《船用不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕試驗(yàn)方法》

GB/T 26491-2011 鋁合金晶間腐蝕試驗(yàn)方法 質(zhì)量損失法

ASTM G28 - 02(2008) Standard Test Methods for Detecting Susceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought, Nickel Rich, Chromium Bearing Alloys (中文名稱:《鍛造高鎳鉻軸承合金晶間腐蝕敏感性的檢查用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》

GB/T 7998-2005 《鋁合金晶間腐蝕測定方法》

HG/T 3173-2002 《尿素級超低碳鉻鎳鑰奧氏體不銹鋼晶間腐蝕傾向試驗(yàn)》

以上簡單介紹了些有關(guān)不銹鋼晶間腐蝕的基本資料，可以看到產(chǎn)生不銹鋼晶間腐蝕現(xiàn)象不僅僅產(chǎn)生于材質(zhì)本身更大量的是產(chǎn)生于不銹鋼加工焊接過程由于沒有嚴(yán)格控制焊接，固溶熱處理 工藝造成的，今天我們談到的薄壁不銹鋼管道即是如此，薄壁不銹鋼管道的生產(chǎn)制造過程離不開焊接和機(jī)械加工等工藝，薄壁不銹鋼管道使用環(huán)境復(fù)雜多樣多種形式的腐蝕協(xié)同發(fā)展，這樣就為不銹鋼的晶間腐蝕創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)的機(jī)會。

 

       在綜合腐蝕條件影響的情況下，不銹鋼管道在工程安裝使用一段時(shí)間后，晶間腐蝕的問題就會凸顯出來，因?yàn)榘l(fā)生晶間腐蝕不容易從外觀及早發(fā)現(xiàn) ，一旦發(fā)現(xiàn)就是破壞性的。

       企業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)焊接，固溶處理，酸洗鈍化等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，不能違反工藝流程，遺漏工藝環(huán)節(jié) ，不為不銹鋼的晶間腐蝕創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)的條件，所以應(yīng)秉持科學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)，專業(yè)的態(tài)度進(jìn)行生產(chǎn)，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失。                             

 

 參考資料

1.  魏寶明．金屬腐蝕理論及應(yīng)用：化學(xué)工業(yè)出版社，1984

2.  韓永超．316奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕機(jī)理與預(yù)防措施：門窗，2013 (7)