不銹鋼管受介質(zhì)的化學及電化學作用而破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。不銹鋼管腐蝕主要有均勻腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、選擇性腐蝕和應力腐蝕斷裂等。在腐蝕介質(zhì)作用下,沿著或緊挨著不銹鋼晶粒邊界發(fā)生的電化學腐蝕形態(tài)稱為晶間腐蝕。不銹鋼管用于可能引起晶間腐蝕的環(huán)境時,應按GB/T 4334.1~4334.5《不銹鋼腐蝕試驗方法》進行晶間腐蝕傾向性試驗。不銹鋼壓力容器晶間腐蝕試驗方法、受檢試件狀態(tài)、驗收要求應按GB/T 21433《不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。下述介質(zhì)在足夠濃度和一定溫度下屬于具有對不銹鋼管產(chǎn)生晶間腐蝕能力的介質(zhì)。
無機酸:硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、鉻酸、亞硫酸、氫氟酸、氫溴酸、氫碘酸、氫氰酸、氯氰酸、氨基磺酸、次氯酸等。
有機酸:工業(yè)乙酸、乙酸酐、甲酸、草酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、苯二酸、環(huán)烷酸、水楊酸、脂肪酸、蘋果酸、檸檬酸、馬來酸、富馬酸等。
鹽類:硝酸銨、硝酸鈣、硝酸銀、硫酸銅、硫酸鐵、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸氫鈉、硫酸亞鐵、亞硫酸鐵、亞硝酸鈣、氯化鈉、氯化鐵、氯化鉻、次氯酸鈉、氫氟酸鈉等溶液。
其他:氫氧化鈉、硫化鐵、硫化鋁、硫化鈉、濕二氧化硫、三氯化鐵、尿素氨基甲酸銨溶液、亞硫酸紙漿、牛皮紙漿、亞硫酸蒸煮液、玉米淀粉漿(由鹽酸或硫酸制)、甜菜汁、石油原油、油田污水、海水、輕水堆高溫水等。
奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕原因很多,主要有以下幾方面。
1. 碳化鉻析出引起的晶間腐蝕
不銹鋼管在300~950℃(奧氏體不銹鋼在450~800℃溫度范圍內(nèi)加熱或進行敏化處理時)溫度范圍內(nèi)可能在晶界析出碳化鉻,析出的碳化鉻為Cr23C6、(Cr,F(xiàn)e)23C6或(Cr,F(xiàn)e,Mo)23C6碳化鉻沉淀于晶界(其鉻含量常達90%以上,大大高于不銹鋼的平均鉻含量)。由于鉻的擴散速度慢,只有在晶界附近的鉻擴散到晶界處形成碳化物析出,導致晶粒邊界區(qū)域形成貧鉻現(xiàn)象,如圖3-1所示。當貧鉻區(qū)的鉻含量降低到小于12.5%時,在腐蝕性介質(zhì)作用下就會發(fā)生晶間腐蝕。
為了防止晶間腐蝕的產(chǎn)生,可采取如下方法:采用超低碳材料、盡量降低碳含量(<0.03%);增加穩(wěn)定化元素,如鈦、鈮等;固溶處理(1010~1120℃)、穩(wěn)定化處理(適用于含穩(wěn)定化元素的不銹鋼);加入能形成雙相組織的元素,形成雙相組織等。
2. δ相析出引起的晶間腐蝕
超低碳不銹鋼,由于碳含量極低,可防止晶間析出Cr23C6、(Cr、Fe)23C6引起的晶間腐蝕。但有些含鉬奧氏體不銹鋼,如Cr17Ni13Mo2在敏化溫度區(qū)間晶間析出δ相,在特殊的腐蝕介質(zhì)中(沸騰質(zhì)量分數(shù)為65%的硝酸溶液),δ相發(fā)生腐蝕,從而引起晶間腐蝕。
3. 晶界吸附引起的晶間腐蝕
該腐蝕是一種特殊條件下發(fā)生的晶間腐蝕。普通的Cr18-Ni8 奧氏體不銹鋼管在強氧化性的硝酸溶液中會產(chǎn)生晶間腐蝕,而雜質(zhì)極少的奧氏體不銹鋼不發(fā)生上述現(xiàn)象。研究已表明、Cr14-Ni4不銹鋼中雜質(zhì)磷在晶界吸附是導致其在硝酸溶液中產(chǎn)生晶間腐蝕的原因。
4. 穩(wěn)定化元素高溫溶解引起的晶間腐蝕
該腐蝕多發(fā)生于含Ti或Nb的奧氏體不銹鋼管,焊后若工件在敏化溫度工作,焊接接頭與強氧化性硝酸溶液接觸,沿熔合區(qū)或緊鄰熔合區(qū)的高溫熱影響區(qū)發(fā)生選擇性腐蝕(狹長縫狀的晶間腐蝕)。該腐蝕又稱為“刀蝕”、“刀口腐蝕”或“刀線腐蝕”。