由于18-8奥氏体不锈钢在许多腐蚀性环境中具有良好的耐蚀性能,因此被广泛地应用于化工、建筑及核能等工业领域。但是奥氏体不锈钢的强度不高,通常低于一般的低合金钢,这就限制了其应用范围。

晶界附近铬含量的分布是通过分析电子显微镜利用光谱测定法确定的。选择的测量点是以晶界为中心,横向平行于晶界的两侧。

从试验结果可以明显看出:

(1)在碳含量相同的条件下,氮的质量分数>0.16%,贫铬区最低铬含量随着氮的质量分数的增加而降低;

(2)贫铬区宽度当氮的质量分数为0.16%时最窄,氮的质量分数超过0.16%则贫铬区的宽度又扩大。这与电化学动电位再活化法试验结果相吻合,即敏化后氮的质量分数为0116%钢的再活化率Ra均低于氮的质量分数为0.10%和0.20%的钢。

对奥氏体不锈钢来说,引起晶间腐蚀与敏化条件(温度、时间)有关,另外还取决于碳化物在γ相中的溶解度以及元素C、Cr在γ相中的扩散条件。当奥氏体不锈钢经历相当于敏化条件的热处理时,便会沿晶界析出碳化物,由于碳向晶界的扩散速度较铬快,因此Cr23C6沿晶界沉淀时,晶界及其邻近区域的Cr便会被大量消耗而来不及得到补充,此时铬的扩散速度满足不了因晶界析出碳化铬而所需补充贫铬区以使其具有维持钝化的极限铬含量,所以出现严重的晶间腐蚀倾向。从腐蚀电化学的角度讲,晶间贫铬区一般相对铬含量正常的晶粒部分来说是阳极,处于活化态,当晶间区的铬的质量分数远低于12%时,在腐蚀溶液中的活化区变宽,加快了晶间腐蚀的速度。

试验证明:氮的加入提高了18-8奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能。这主要是由于氮降低铬在钢中的活性,氮作为表面活性元素优先沿晶界偏聚,抑制并延缓Cr23C6的析出,降低了碳化物的形核与长大速度,使敏化后的18-8奥氏体不锈钢的晶界铬浓度提高。另一方面,氮在界面富集,改善表面膜的性能,从而提高了钢的钝化能力。

结论

(1)适量增加氮含量可提高敏化态18-8奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能。

(2)在强氧化性介质中,含氮的质量分数为0.10%～0.16%钢的耐晶间腐蚀性能较好,进一步增加氮含量耐晶间腐蚀性能降低。

(3)增加氮的质量分数(<0.16%时)有延迟1828奥氏体不锈钢敏化的作用,然而随着氮的质量分数从0.16%到0.20%,由于Cr2N的析出延迟敏化的作用减弱。

(4)在相同敏化条件下,氮的质量分数在0.16%以下时,晶界析出物为Cr23C6,而氮的质量分数超过0.16%(在0.20%时),晶界析出物为Cr23C6和Cr2N。

(5)当氮的质量分数>0116%时,贫铬区最低,铬含量随氮的质量分数的增加而降低;当氮的质量分数为0.16%时,贫铬区的宽度最窄,氮的质量分数超过0.16%则贫铬区的宽度又扩大。