敏化就是不锈钢在一定的温度范围内,晶界析出Cr23C6,而由于快速加热和冷却(如焊接热循环或短时加热),碳原子扩散速度快,而铬原子扩散受到限制,这样在Cr23C6周围的晶界形成贫铬区,易于发生晶间腐蚀。Cr23C6 的析出温度,因材料不同有所变化,一般在400~750℃。在奥氏体不锈钢中,由于焊接是快速连续加热冷却的,而Cr23C6的析出是一个扩散过程,需要有足够扩散的温度条件,产生Cr23C6 析出的焊接热影响区峰值温度一般是600~1000℃,这个温度区间的部位叫做敏化区,也称为中温敏化区。在铁素体不锈钢中,热影响区峰值温度在大于900℃区域为产生晶间腐蚀敏化区。在铁素体不锈钢中,由于碳、氮在铁素体中溶解度非常低,且扩散速度非常快,同时铬在铁素体中扩散速度较奥氏体中扩散速度快得多,所以,铁素体不锈钢的敏化温度较高,且存在时间短。
在600~800℃冷却速度是决定是否产生敏化的关键因素,如图2-1,在Cr23C6析出温度内,冷却速度慢或保温,使铬有充分的时间,扩散到贫铬区,使贫铬区不“贫铬”而恢复耐蚀性。当冷却速度较快时,碳、氮能从铁素体析出在晶界形成碳化物和氮化物而铬的扩散受到限制,在晶界形成“贫铬”而产生敏化现象。由上可以看出,奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢敏化有以下不同。
1. 由图2-1可以看出,铁素体钢的晶间腐蚀敏感性远远要大于奥氏体钢,铁素体不锈钢在400~950℃短时间通过就有敏化产生,而奥氏体不锈钢则要一定的时间。也就是说在Cr23C6和Cr2N析出温度区内,铁素体不锈钢停留时间短,产生敏化,停留时间长,敏化消失。奥氏体不锈钢停留时间短,不产生敏化,停留时间长,产生敏化。
2. 普通铁素体不锈钢的敏化处理是加热到950℃以上然后空冷或水冷,加热温度越高,敏化程度愈大;奥氏体不锈钢敏化处理是650℃左右保温1~2小时。
3. 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题,也就是敏化问题,一般只考虑碳含量的影响;而对铁素体不锈钢,碳和氮是等效的,要考虑碳+氮总含量的影响。
4. 超低碳奥氏体不锈钢一般不产生敏化现象;而超高纯铁素体不锈钢,虽然碳+氮含量较奥氏体不锈钢低得多,但仍有严重的敏化现象。