1. 稳定化原理
奥氏体不锈钢产生敏化态晶间腐蚀的根本原因,是由于钢中含有一定量的碳元素。如将碳含量降至其固溶极限(饱和值)以下,基本上可以避免。早在30年代初,法国已试制了碳含量不大于0.02%的奥氏体不锈钢。但限于当时生产工艺和冶炼水平,不可能大量生产和应用。因此在相当长的一段时期,大多依靠加入稳定碳化物的元素(如同碳具有比铬更强亲和力的钛和铌),在较高温度下(约850~1150℃)形成稳定的碳化物(如TiC或NbC),从而大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度(含量),使钢在敏化温度(约480~850℃)加热时,很少有富铬碳化物(如M23C6)沿晶界析出。故比第一代奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀M23C6)性能获得明显改善。习惯上将此类钢称为稳定化(指稳定碳化物)奥氏体不锈钢。我国应用最普遍和最具有代表性的钢种就是1Cr18Ni9Ti钢。加入钛、铌稳定化元素的数量主要是与碳、也与氮的含量有关。一般Ti%≥6×C%;Nb%≥10×C%。但不宜过量。钛、铌不仅是铁素体形成元素;而且由于吸收了奥氏体中固溶的碳、氮形成稳定化合物造成的成分变化,均降低了奥氏体的稳定性,促进铁素体的形成。含钛钢的表面质量差,铌高易增加焊接热裂纹倾向等。
2. 稳定化处理
预先热处理或机械热处理对稳定化不锈钢耐晶间腐蚀性能有很大影响。若选用一般固溶热处理温度,如1100℃,因远离TiC最佳或最快析出温度900℃,为达到充分稳定化效果(根据用途需要),应补充进行稳定化处理(一般在850~950℃范围保温数小时)。也有兼顾办法,采用一次热处理。如980℃,使Cr23C6溶解,TiC析出。热处理温度的选择同具体钢种、碳、钛等成分有关。如我国不锈钢标准中对一些18-8TiNb、18-8MoTi钢规定,需方在合同中注明时可进行稳定化处理(850~930℃);而且固溶处理温度下限已降至较低范围,如1Cr18Ni9Ti为1000℃、0Cr18Ni11Ti则为920℃。还可利用生产工艺过程(轧制、加热、包括热处理等)的合理改进,节约能源,尽可能多地使TiC析出。
3. 刀口腐蚀
TiC析出(通常多在晶内析出)后十分稳定,能保持至很高温度(1120~1150℃以上),到接近熔点时才大量溶解。当焊接时,在紧邻焊缝的母材狭小区域内,就出现TiC大量溶解。在随后冷却或多次焊接等,使之重新经受敏化加热(最敏感的温度为600~750℃),富铬碳化物(M23C6)沿晶界析出。在某些介质条件下,如65%沸腾硝酸,具有一定氧化性的尿素等溶液中,沿上述十分窄的敏化区发生晶间腐蚀。这种焊缝与母材熔合线(紧贴焊缝的被焊母材一侧)处因腐蚀造成的沟槽,被称为刀口腐蚀。这是稳定化奥氏体不锈钢本质上所决定,难以克服的固有缺点。它同非稳定化(或称第一代)的奥氏体不锈钢焊接热影响区敏化温度范围(距离焊缝稍远且较宽)发生的晶间腐蚀(被称为热影响区腐蚀)有区别,而且更危险。无论刀口腐蚀或热影响区的腐蚀,采用超低碳(也称为第三代)奥氏体不锈钢均可避免。