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一、實驗原理

晶間腐蝕是沿晶粒邊界發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象?，F(xiàn)以18-8 型奧氏體不銹鋼中最常用的含穩(wěn)定元素的1Cr18Ni9Ti鋼為例，來討論晶間腐蝕的問題。

1Cr18Ni9Ti鋼含0.02%C和0.8%Ti。碳在室溫奧氏體中的最大溶解度低于0.03%，多余的碳則通過同熔處埋與鈦結合形成穩(wěn)定的碳化物TiC。由于鈦對碳的固定作用，避免了在品界形成碳化鉻，從而防止了晶間腐蝕的產(chǎn)生。故1Cr1 8Ni9Ti鋼具有抗晶間腐蝕能力，一般不會產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象。

然而在焊接接頭中，情況有所不同。奧氏體不銹鋼的焊接接頭，通常可分為以下幾個區(qū)域(見圖1)。

1、焊縫金屬主要為柱狀樹枝晶，是單相奧氏體組織還是y+δ雙相組織，將取決于母材和填允金屬的化學成分。

2、過熱區(qū)加熱超過1200°C的近縫區(qū)，晶粒有明顯的長大。

3、敏化區(qū)加熱峰值溫度在600-1000C的區(qū)城，組織無明顯變化。對于不含穩(wěn)定化元素的18-8鋼，可能出現(xiàn)晶界碳化鉻的析出。產(chǎn)生貧鉻層，有晶間腐蝕傾向。

4、母材金屬對于含穩(wěn)定化元素的18-8鋼，如1Cr18Ni9Ti鋼，峰值溫度超過1200C的過熱區(qū)發(fā)生TiC分解量愈大，從而使穩(wěn)定化作用大為減弱，甚至完全消失。在隨后的冷卻過程中，由于碳原子的體積很小，擴散能力比鈦原子強，碳原子趨于向奧氏體晶界擴散遷移，而鈦原子則來不及擴散仍保留在奧氏體點陣節(jié)點上。因此，碳原子析集于晶界附近成為過飽和狀態(tài)。

當上述過熱區(qū)再次受到600-800°C中溫敏化加熱或長期工作在上述溫度范圍時,碳原子優(yōu)先以很快的速度向晶界擴散。此時，鉻原子的擴散速度雖比碳原子慢，但比鈦原子快，且濃度也遠比鈦高，因而易于在晶界附近形成鉻的碳化物(Fe，Cr)2sC%。溫度愈高，TiC分解后合金元素碳和鉻的固溶量愈多，碳化物析出量愈大(圖2)。上述碳化物的鉻、 碳含量很高，但晶粒內(nèi)部鉻的擴散速度比碳的擴散速度慢，所以在形成鉻的碳化物時，富集在晶界的碳，與晶粒表層的鉻結合以后，晶粒中的鉻不能及時均勻化，致使靠近晶界的晶粒表面一個薄層嚴重缺鉻，鉻的濃度低于臨界值12%Cr (圖3)。

此時，奧氏體晶粒內(nèi)和晶界碳化物(圖3中的1、2部分)由于含鉻量高而帶正電位，而貧鉻層(圖3中的3部分)由于含鉻量低于12%而帶負電位。如果將這種具備電化學腐蝕條件的焊接接頭放入腐蝕介質(zhì)中，帶負電位的貧鉻層就會成為被消耗的陽極而遭受腐蝕。這樣，由于“高溫過熱”和“中溫敏化”這兩個依次進行的熱作用過程，造成了含穩(wěn)定化元素的18-8鋼特殊的晶間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過熱區(qū)3-5個晶粒范圍，在工件表面上較寬，向接頭內(nèi)部逐漸變窄，呈刀形，故又稱“刀蝕”。

二、預防措施

①采用超低碳不銹鋼，含碳量希望小于0.06%。

②在工藝上，盡量減小近縫區(qū)過熱，特別要避免在焊接過程中就產(chǎn)生“中溫敏化"的加熱效果。由此可見，“高溫過熱”和“中溫敏化”是產(chǎn)生刀蝕的必要條件。對于焊接接頭，“高溫過熱”這一條件是由焊接熱作用過程自然形成的，因此只需要進行一次“中溫敏化”處理，就可根據(jù)GB1223-75標準進行晶間腐蝕試驗。

三、實驗方法及步驟

無論是晶問腐蝕還是刀蝕，都是經(jīng)過腐蝕介質(zhì)作用之后才發(fā)生的。為了確定產(chǎn)品在使用條件下是否有足夠的抗晶間腐蝕和抗刀蝕的能力，必須在產(chǎn)品焊接之前，先用相同的材料在相同的工藝條件下焊出試樣，經(jīng)腐蝕試驗合格后才正式投產(chǎn)。腐蝕試驗最理想的方法，是在產(chǎn)品實際工作條件下(包括工作溫度、介質(zhì)等)進行長時間的試驗，但由于周期太長，故通常是在實驗室進行小型試樣的加速試驗。

（一）試驗方法

根據(jù)國家標準CB1223- 75試驗晶問腐蝕傾向的方法共有五種，對于18- 8鋼主要采用C法、T法和X法三種試驗方法。

1、C法草酸電解浸蝕試驗，又稱草酸陽極腐蝕試驗，實驗裝置如圖5. 1所示。圖中不銹鋼容器接電源的負極。若采用玻璃燒杯作容器，則負極端接一厚度為 lmm 左右的不銹鋼薄板，并放置于杯底，腐蝕液采用10%的草酸水溶液。該試驗簡單、方便、迅速，一 般不超過兩分鐘，但不如其它試驗方法嚴格，常作為其它試驗方法前的篩選試驗方法(不適用于含鉬、鈦的不銹耐酸鋼)，也可做為獨立的無損檢驗方法。

2、T-法銅屑、硫酸銅和硫酸沸騰試驗。該試驗方法是將規(guī)定尺寸的試樣放在加有銅屑的硫酸銅和硫酸的水溶液中沸騰24小時，然后彎曲成90度，用10倍放大鏡觀察，以不出現(xiàn)橫向裂紋為合格，或在金相顯微鏡下規(guī)察，如發(fā)現(xiàn)晶間有明顯的腐蝕痕跡，即為有晶間腐蝕傾向。

3、X法硝酸沸騰試驗。該試驗方法是將試片放在65%沸騰硝酸中，每周期沸騰48小時，試驗三個周期。每周期試驗后取出試樣，刷洗干凈、干燥、稱重。然后按下式計算腐蝕速度，以其中最大者為準。

（二）實驗步驟

1、試樣制備

（1）從同一鋼板上取材。按表1要求制備試樣(焊條電弧焊焊條為A307， 焊接電流為90A)。

（2）部分試樣進行“中溫敏化”處理，加熱至650 700°C，保溫1- 2小時。部分試樣進行固溶處理( 1050-1150"C/30min水冷) +敏化處理。

（3）用砂輪或挫刀將試片表面加工，去掉棱角。

（4）按金相試片要求，用各號砂紙將試樣檢驗表面磨平磨光，并用水沖洗干凈。

（5）拋光試樣表面，表面光潔度不低于V10 (0. 8um)，用水沖凈，再用棉花酒精或丙酮擦凈檢驗表面，吹干。

（6）將試樣檢驗表面浸入10% 草酸溶液(把100克草酸溶于900毫升蒸餾水中)，試件接電源“+”端，同時接通電路。電流密度按試樣檢驗表面積計算，為1A/cm”， 試驗溶液溫度為20- -50°C，試驗時間1. 5-2min。

（7）取出試樣用水沖洗凈，用酒精或丙酮擦凈檢驗表面，吹干。

2、觀察與評定

（1）用金相顯微鏡觀察試樣浸蝕表面，放大倍數(shù)為150-500倍。

（2）焊接試樣的浸蝕組織分為三級：

一級近縫區(qū)及母材晶界清晰，無腐蝕溝，晶粒間呈臺階狀，焊縫金屬鐵素體被顯現(xiàn)，如圖5 (a)。

二級近縫區(qū)或母材晶界有不連續(xù)腐蝕溝，晶界局部變寬，或焊縫金屬鐵素體被腐蝕，如圖5(b)。

三級近縫區(qū)或母材晶界有連續(xù)腐蝕溝，個別晶粒的晶界被腐蝕溝完全包圍，或焊縫金屬鐵素體嚴重腐蝕。