奥氏体不锈钢晶(界)间腐蚀分析

摘要：本文通过对某公司奥尔体不锈钢腐蚀现象的统计，分析奥氏体不锈钢腐蚀的成因，得出结论，并做出预防措施，希望可以产生一定的参考和借鉴。

关键词：奥氏体不锈钢，腐蚀，焊接工艺

Abstract: This article through the Creole stainless steel corrosion phenomenon of statistics, analysis of austenitic stainless steel corrosion causes, draws the conclusion, and make preventive measures, hope can have certain reference and reference.

Keywords：Austenitic stainless steel; Corrosion; Welding technology

中图分类号：TG44文献标识码： A 文章编号：

奥氏体不锈钢腐蚀现象统计

本公司于2008年6月根据监理指令，对某公司新建原油储运库3号5万方原油储罐的00Cr17Ni14Mo2接加热盘管（规格：Ф89×4）环焊缝进行了焊后X射线拍片检测；2008年10月，根据监理公司和建设单位会议要求，又对该管内注水试压后、储罐内进水试压后生产运行前的X射线拍片无损检测，两次X射线拍片检测结果统计如下表：

3号5万方原油储罐加热盘管两次X射线无损检测结果

注1：2008年10月（第二次拍片）拍片与2008年6月拍片（第一次拍片）比较，还发现有4道口中的6张片第一次拍片中没有缺陷，第二次拍片出现圆形缺陷，但缺陷没有超标（Ⅰ级片1张，Ⅱ级片5张）。

注2：Ф89×4加热盘管，每道口拍片3张。

注3：评片标准JB/T4730.2-2005Ⅱ合格。

针对两次拍片影像结果统计分析可以断言，第一次X射线检测，没有超出合格范围的缺陷，第二次X射线检测焊接管线焊缝及热影响区，发生变化、出现不合格缺陷，并且这个缺陷是随时间在发展、扩大，应该是典型的奥氏体不锈钢腐蚀现象。就奥氏体不锈钢材料的腐蚀类型分类有：晶间（界）腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀，该工程中的腐蚀究竟是哪种腐蚀现象呢？

奥氏体不锈钢腐蚀成因分析

以下逐一分析奥氏体不锈钢三种腐蚀的特征，然后逐一排除，找出该工程奥氏体不锈钢腐蚀的成因。

应力腐蚀：金属材料的应力腐蚀由拉应力与腐蚀介质联合作用而引起的应力脆性断裂。该工程2008年6月X射线检测没有不合格焊口，2008年10月X射线检测52道口中25道口发现30张片圆形缺陷超标，4道口中6张片在第一次拍片没有缺陷，而第二次拍片发现新的圆形缺陷，未发现裂纹状缺陷，从而可以排除应力腐蚀的可能性。

点腐蚀：奥氏体不锈钢点腐蚀是一种局部腐蚀。当介质中含有Cl-、Br-时，会使不锈钢产生点蚀。该工程中00Cr17Ni14Mo2加热盘管试压采用饮用水试压20分钟，也可以排除Cl-、Br-超标导致点腐蚀。

晶（界）间腐蚀：晶（界）间腐蚀是沿着边界发生的选择性腐蚀称为晶间（界）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。若晶界明显活泼得多，就产生晶间腐蚀，其含义是晶界或其临近产生局部腐蚀。

奥氏体不锈钢具有很高的耐蚀性，是由于钢中含有高铬成分。但如果不锈钢在450～850℃的温度范围内长时间停留，钢中的碳会向奥氏体晶界扩散，并在晶界处与铬化合析出碳化铬（Cr23C6）。于是，在碳化物两侧出现含铬低于11.4%厚度约为数十百纳米的贫铬区。这种贫铬，使晶界不能抵抗某些介质的侵蚀。所以，这样的晶界对腐蚀介质就十分敏感。由于焊接时焊缝和热影响区在升降温过程中难于避开450～850℃的温度区间，所以焊接接头金属的晶间容易贫铬，发生晶间腐蚀。

奥氏体不锈钢焊接接头中晶间腐蚀可以发生在热影响区，也可以发生在焊缝表面或熔合线上。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的破坏形式。晶间腐蚀沿晶界进行，使晶界产生连续性破坏。这种腐蚀开始于金属表面，逐步进入其内部，直接引起破裂。产生晶间腐蚀的不锈钢，从外表看不出与正常钢材有什么不同。但是被腐蚀的晶间几乎完全丧失了强度，在应力作用下回迅速产生沿晶间的断裂。严重的晶间腐蚀试样，在弯曲90o后，其弯曲处出现明显的断裂。最严重的可以完全失去金属声音，轻敲即可碎成粉末。

由以上晶间腐蚀的特征，可以断言，该工程奥氏体不锈钢管焊口腐蚀为典型的晶间腐蚀现象。

该工程中腐蚀现象分析总结

该工程3Z-02-16-JH02焊口0-1片位“1”附近的晶间腐蚀已经穿透焊缝金属熔合物（如图1），用竹签即可剥落粉末状腐蚀物。该焊口1-2片位的晶间腐蚀经打磨查看（如图2），从管内壁向管外壁腐蚀，焊缝金属熔合物剩余厚度也不多。

图1：3Z-02-16-JH02焊口0-1片位缺陷腐蚀点穿透 图2：3Z-02-16-JH02焊口1-2片位缺陷腐蚀点打磨情况

3Z-02-16-JH02焊口1-2片位X射线底片如图3.

图3：3Z-02-16-JH02焊口1-2片位08年6月22日拍片和08年10月18日片拍对比

下图4、图5中是晶间腐蚀发生在热影响区、焊缝表面或熔合线上典型X射线底片。

图4：3Z-02-05-JH02焊口0-1片位、3Z-02-06-JH02焊口1-2片位08年10月18日拍片

图5：3Z-02-14-JH02焊口1-2片位、3Z-02-15-JH02焊口1-2片位08年10月18日拍片

奥氏体不锈钢晶间腐蚀的防治措施

焊接过程中的预防措施

既然奥氏体不锈钢晶间腐蚀的成因是：不锈钢在450～850℃的温度范围内长时间停留，钢中的碳会向奥氏体晶界扩散，并在晶界处与铬化合析出碳化铬（Cr23C6）。于是，在碳化物两侧出现含铬低于11.4%厚度约为数十百纳米的贫铬区。这种贫铬是晶界不能抵抗某些介质的侵蚀。又由于焊接时焊缝和热影响区在升降温过程中难于避开450～850℃的温度区间，为了防止焊接接头的危险温度（450～850℃）停留时间过长而产生贫铬区，焊接奥氏体不锈钢应采用小电流、快速焊。为避免基本金属过热及加强熔池保护，施焊时要用短弧，焊条不做横向摆动，以窄焊道为宜。氩弧焊时，在保证焊透的情况下焊速要适当快些，以减小焊件的变形和焊缝中的气孔，防止焊接接头过热。

为了防止晶间腐蚀，条件允许时可采取强制冷却。

焊后热处理措施

因晶间腐蚀的原因是奥氏体不锈钢加热到450～850℃并停留一段时间，在晶界处析出富铬的碳化物（Cr23C6)。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。解决晶间腐蚀的措施还可通过热处理方法，例如固溶处理和稳定化处理来提高钢的抗晶间腐蚀性能。

把铬镍奥氏体不锈钢加热到1050～1100℃（在此温度下，碳在奥氏体中固溶），保温到一定时间（大约25mm厚度小于1h），然后快速冷却到427℃以下（要求从925℃至538冷却时间小于3min），以获得均匀的奥氏体组织，这种方法称为固溶处理。这样处理的铬镍奥氏体不锈钢，其强度和硬度较低而韧性较好，具有很高的耐腐蚀性和良好的高温性能。

对含有钛或铌的铬镍奥氏体不锈钢，为了防止晶间腐蚀，必须使钢中的碳全部固定在碳化钛中。以此为目的的热处理称为稳定化处理。稳定化处理的工艺条件是：将工件加热到850～900℃，保温足够长的时间，快速冷却。

该工程的晶界腐蚀的处理措施

该工程鉴于晶界腐蚀严重，所以全部焊口进行了割口处理，从新制定了更为合理、有针对性的焊接工艺，并采取人工冷却，严格控制了奥氏体不锈钢焊后温度的冷却时间的措施，截止到目前该工程奥氏体不锈钢焊口未发现腐蚀现象。

参考文献：

[1]《承压类特种设备无损检测相关知识》(第二版)中国劳动社会保障出版社

[2] JB/T4730-2005《承压设备无损检测》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。