1. 穩定化原理
奧氏體不銹鋼產生敏化態晶間腐蝕的根本原因,是由于鋼中含有一定量的碳元素。如將碳含量降至其固溶極限(飽和值)以下,基本上可以避免。早在30年代初,法國已試制了碳含量不大于0.02%的奧氏體不銹鋼。但限于當時生產工藝和冶煉水平,不可能大量生產和應用。因此在相當長的一段時期,大多依靠加入穩定碳化物的元素(如同碳具有比鉻更強親和力的鈦和鈮),在較高溫度下(約850~1150℃)形成穩定的碳化物(如TiC或NbC),從而大大降低了奧氏體中固溶碳的濃度(含量),使鋼在敏化溫度(約480~850℃)加熱時,很少有富鉻碳化物(如M23C6)沿晶界析出。故比第一代奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕M23C6)性能獲得明顯改善。習慣上將此類鋼稱為穩定化(指穩定碳化物)奧氏體不銹鋼。我國應用最普遍和最具有代表性的鋼種就是1Cr18Ni9Ti鋼。加入鈦、鈮穩定化元素的數量主要是與碳、也與氮的含量有關。一般Ti%≥6×C%;Nb%≥10×C%。但不宜過量。鈦、鈮不僅是鐵素體形成元素;而且由于吸收了奧氏體中固溶的碳、氮形成穩定化合物造成的成分變化,均降低了奧氏體的穩定性,促進鐵素體的形成。含鈦鋼的表面質量差,鈮高易增加焊接熱裂紋傾向等。
2. 穩定化處理
預先熱處理或機械熱處理對穩定化不銹鋼耐晶間腐蝕性能有很大影響。若選用一般固溶熱處理溫度,如1100℃,因遠離TiC最佳或最快析出溫度900℃,為達到充分穩定化效果(根據用途需要),應補充進行穩定化處理(一般在850~950℃范圍保溫數小時)。也有兼顧辦法,采用一次熱處理。如980℃,使Cr23C6溶解,TiC析出。熱處理溫度的選擇同具體鋼種、碳、鈦等成分有關。如我國不銹鋼標準中對一些18-8TiNb、18-8MoTi鋼規定,需方在合同中注明時可進行穩定化處理(850~930℃);而且固溶處理溫度下限已降至較低范圍,如1Cr18Ni9Ti為1000℃、0Cr18Ni11Ti則為920℃。還可利用生產工藝過程(軋制、加熱、包括熱處理等)的合理改進,節約能源,盡可能多地使TiC析出。
3. 刀口腐蝕
TiC析出(通常多在晶內析出)后十分穩定,能保持至很高溫度(1120~1150℃以上),到接近熔點時才大量溶解。當焊接時,在緊鄰焊縫的母材狹小區域內,就出現TiC大量溶解。在隨后冷卻或多次焊接等,使之重新經受敏化加熱(最敏感的溫度為600~750℃),富鉻碳化物(M23C6)沿晶界析出。在某些介質條件下,如65%沸騰硝酸,具有一定氧化性的尿素等溶液中,沿上述十分窄的敏化區發生晶間腐蝕。這種焊縫與母材熔合線(緊貼焊縫的被焊母材一側)處因腐蝕造成的溝槽,被稱為刀口腐蝕。這是穩定化奧氏體不銹鋼本質上所決定,難以克服的固有缺點。它同非穩定化(或稱第一代)的奧氏體不銹鋼焊接熱影響區敏化溫度范圍(距離焊縫稍遠且較寬)發生的晶間腐蝕(被稱為熱影響區腐蝕)有區別,而且更危險。無論刀口腐蝕或熱影響區的腐蝕,采用超低碳(也稱為第三代)奧氏體不銹鋼均可避免。