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与其他普通材料一样,当在放大倍率下观察时,不锈钢板金属具有可见的晶粒结构。晶粒间会发生腐蚀情况,其中直接相邻晶界的快速腐蚀攻击被称为晶间腐蚀。
晶界的快速腐蚀攻击可导致晶粒“掉落”或从金属表面掉出,从而导致不锈钢板的分解。图1显示了出现这种情况的表面的外观。在实际应用中,横截面厚度的损失和裂纹的引入可能对压力容纳等应用产生严重后果。
图1:颗粒间腐蚀晶界攻击和颗粒下降
对于奥氏体不锈钢来说,晶粒间的侵蚀通常是晶界处的碳化铬析出(Cr23C6)的结果,这在晶界产生了一个较窄的铬耗尽区域。这种情况称为增敏,其示意图如图2所示。致敏作用包括在晶界析出铬碳化物,这导致在晶界处形成铬消耗区域。
图2:晶界上的铬消耗或致敏
因为铬是使不锈钢板耐腐蚀的主要合金元素,所以铬贫化区域易优先受到腐蚀攻击。据信这是因为紧邻碳化物的铬含量可能低于不锈钢合金所需的铬含量。如果碳化物在晶界上形成连续的网络,则腐蚀可能在边界处产生分离或间隙,并可能导致晶粒丢失或损失。
虽然铁素体不锈钢的晶间侵蚀与在奥氏体不锈钢中发现的类似,但还是有一些重要的区别。因为铁素体晶体结构中氮的溶解度低,所以在铁素体不锈钢中引起致敏的析出物包括铬碳化物(Cr23C6)和氮化铬(Cr2N)。
对于铁素体不锈钢,在较高温度(> 1700°F)的冷却过程中会发生致敏。在这些高温下,碳化物和氮化物被放入溶液中,并且在冷却期间它们可以在晶界析出,导致铬消耗。在铁素体结构中的非常高的扩散速率使得不可能足够快地冷却钢,以避免碳化物和氮化物在晶界处的沉淀。因此,大多数商业化铁素体级别通过限制C和N的水平并且需要添加稳定元素如Ti,Ta或Nb来避免致敏。
如果在铁素体不锈钢中发生致敏,则可以通过将铬向后扩散进入耗尽区域来“恢复”。通过将材料保持在1100-1200°F几个小时可以实现“治疗”。ASTM A763中概述的测试方法已被开发用于检测铁素体不锈钢晶间侵袭的易感性。
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