不銹鋼管受介質的化學及電化學作用而破壞的現象稱為腐蝕。不銹鋼管腐蝕主要有均勻腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、選擇性腐蝕和應力腐蝕斷裂等。在腐蝕介質作用下,沿著或緊挨著不銹鋼晶粒邊界發生的電化學腐蝕形態稱為晶間腐蝕。不銹鋼管用于可能引起晶間腐蝕的環境時,應按GB/T 4334.1~4334.5《不銹鋼腐蝕試驗方法》進行晶間腐蝕傾向性試驗。不銹鋼壓力容器晶間腐蝕試驗方法、受檢試件狀態、驗收要求應按GB/T 21433《不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗》的相關規定執行。下述介質在足夠濃度和一定溫度下屬于具有對不銹鋼管產生晶間腐蝕能力的介質。
無機酸:硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、鉻酸、亞硫酸、氫氟酸、氫溴酸、氫碘酸、氫氰酸、氯氰酸、氨基磺酸、次氯酸等。
有機酸:工業乙酸、乙酸酐、甲酸、草酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、苯二酸、環烷酸、水楊酸、脂肪酸、蘋果酸、檸檬酸、馬來酸、富馬酸等。
鹽類:硝酸銨、硝酸鈣、硝酸銀、硫酸銅、硫酸鐵、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸氫鈉、硫酸亞鐵、亞硫酸鐵、亞硝酸鈣、氯化鈉、氯化鐵、氯化鉻、次氯酸鈉、氫氟酸鈉等溶液。
其他:氫氧化鈉、硫化鐵、硫化鋁、硫化鈉、濕二氧化硫、三氯化鐵、尿素氨基甲酸銨溶液、亞硫酸紙漿、牛皮紙漿、亞硫酸蒸煮液、玉米淀粉漿(由鹽酸或硫酸制)、甜菜汁、石油原油、油田污水、海水、輕水堆高溫水等。
奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕原因很多,主要有以下幾方面。
1. 碳化鉻析出引起的晶間腐蝕
不銹鋼管在300~950℃(奧氏體不銹鋼在450~800℃溫度范圍內加熱或進行敏化處理時)溫度范圍內可能在晶界析出碳化鉻,析出的碳化鉻為Cr23C6、(Cr,Fe)23C6或(Cr,Fe,Mo)23C6碳化鉻沉淀于晶界(其鉻含量常達90%以上,大大高于不銹鋼的平均鉻含量)。由于鉻的擴散速度慢,只有在晶界附近的鉻擴散到晶界處形成碳化物析出,導致晶粒邊界區域形成貧鉻現象,如圖3-1所示。當貧鉻區的鉻含量降低到小于12.5%時,在腐蝕性介質作用下就會發生晶間腐蝕。
為了防止晶間腐蝕的產生,可采取如下方法:采用超低碳材料、盡量降低碳含量(<0.03%);增加穩定化元素,如鈦、鈮等;固溶處理(1010~1120℃)、穩定化處理(適用于含穩定化元素的不銹鋼);加入能形成雙相組織的元素,形成雙相組織等。
2. δ相析出引起的晶間腐蝕
超低碳不銹鋼,由于碳含量極低,可防止晶間析出Cr23C6、(Cr、Fe)23C6引起的晶間腐蝕。但有些含鉬奧氏體不銹鋼,如Cr17Ni13Mo2在敏化溫度區間晶間析出δ相,在特殊的腐蝕介質中(沸騰質量分數為65%的硝酸溶液),δ相發生腐蝕,從而引起晶間腐蝕。
3. 晶界吸附引起的晶間腐蝕
該腐蝕是一種特殊條件下發生的晶間腐蝕。普通的Cr18-Ni8 奧氏體不銹鋼管在強氧化性的硝酸溶液中會產生晶間腐蝕,而雜質極少的奧氏體不銹鋼不發生上述現象。研究已表明、Cr14-Ni4不銹鋼中雜質磷在晶界吸附是導致其在硝酸溶液中產生晶間腐蝕的原因。
4. 穩定化元素高溫溶解引起的晶間腐蝕
該腐蝕多發生于含Ti或Nb的奧氏體不銹鋼管,焊后若工件在敏化溫度工作,焊接接頭與強氧化性硝酸溶液接觸,沿熔合區或緊鄰熔合區的高溫熱影響區發生選擇性腐蝕(狹長縫狀的晶間腐蝕)。該腐蝕又稱為“刀蝕”、“刀口腐蝕”或“刀線腐蝕”。