晶间腐蚀:什么是晶间腐蚀以及如何阻止它

|最后更新：4月1日，2021年4月1日

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如果在制造阶段尚未使用正确的材料和适当的热处理，晶间腐蚀可能导致大多数过程设备中的灾难性失效。

腐蚀损伤有很多种类型，如均匀腐蚀和点腐蚀人们可以随心所欲地看到肉眼。然而，一些腐蚀损坏是不可见的，同时对结构或设备的完整性有害。本文将仔细看看一个较少可见的腐蚀损坏类型的看法晶间腐蚀(IGC)，重点研究晶间腐蚀是如何发生的，受影响的材料是什么，晶间腐蚀通常发生的行业类型，以及如何检测和减轻损害。

什么是晶间腐蚀（IGC）？

晶间腐蚀（IGC），有时被称为晶间攻击（IGA），是优先的或局部腐蚀收益仅谷物（水晶）边界或者直接靠近晶界。相比之下，大多数谷物基本没有受到影响。

虽然金属损失很小，但IGC可能导致设备的灾难性失效。IGC是在存在腐蚀性介质存在下对合金的常见形式的攻击形式，导致力量丧失和延展性．我们不应该将IGC与压力腐蚀裂解（SCC）．SCC需要应力（残留或施加）在腐蚀性环境中连续或循环行动，在腐蚀环境中产生裂缝之后晶间途径．

奥氏体冷轧不锈钢板中的晶间腐蚀攻击。

图1.奥氏体冷轧不锈钢板中的晶间腐蚀攻击。（资料来源：安提斯，创造性的共享Sharealike 3.0未受到（cc by-sa 3.0))。

晶间腐蚀是如何形成的

ICG局部腐蚀在谷物边界是由这阳极溶解被合金元素、第二相沉淀或有孤立的合金元素或杂质元素的区域。暴露表面的剩余部分通常用作阴极和大阴极面积支持阳极溶解过程。

阴极到阳极比率通常大于1。这取决于各种因素如电化学活性相的体积分数和分布，有害合金和杂质元素的分布，以及晶粒尺寸．

当腐蚀速率是依赖于占主导地位的腐蚀机理，和因素，如物种或从阳极前可以支配溶解动力学的扩散。IGC的一个显著特点是攻击相对均匀一致的深度发展。晶界的溶解会导致晶粒的驱除，通常被称为粮食下探．颗粒掉落是IGC暴露后观察到的大部分重量损失的原因，因此腐蚀速率可以比暴露期间高出几个数量级一般腐蚀．

图2.焊接在焊缝热影响区（HAZ）附近腐蚀的不锈钢。（资料来源：美国宇航局腐蚀工程实验室)。

晶体腐蚀常见的材料

晶间侵蚀主要盛行于某些类型的不锈钢而不是在。而不是碳素钢．（相关阅读：为什么不锈钢是耐腐蚀的)。但是，以下材料也不排除受到IGC攻击。

不稳定的奥氏体不锈钢成绩304和316在使用时，化工厂使用的易IGC攻击敏感阶段。敏感化是由降水引起的的碳化铬在相邻区域的晶界处焊接这里的温度在500 - 800°C(932 - 1472°F)之间。(想了解更多，请阅读如何热脆性和焊接影响腐蚀金属中)。
镍铜合金（合金400当暴露于某些类型的氢氟酸和铬酸溶液时，Uns N04400）容易发生IGC攻击。
由于富含钼的成分的沉淀，IGC攻击可能发生在暴露于热盐酸和硫酸的镍 - 钼合金（合金B，Unt N10001）中。
镍 - 铬合金，如合金600很容易发生IGC攻击。因此，不适合在腐蚀性环境中的服务的使用。
2024和7075级的铝容易受到IGC攻击，因为CuAl₂在晶界处作为阴极析出，加速晶界附近的贫化区。此外，铝等级5083和7030也容易受到IGC攻击。
高纯度的锌（Zn）不易于IGC。然而，铝作为锌合金中的合金元素或杂质可能导致IGC攻击。

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

与奥氏体不锈钢，晶间腐蚀，通常是铬碳化物析出的结果（CR_23.C._6.）在晶界，在晶界中产生窄带铬耗尽。这种情况被称为敏感性（图3）。致敏涉及在晶界处沉淀碳化铬碳化铬，这导致晶界处的铬耗尽区域。

图3。

因为铬是主要合金元素，使不锈钢的耐腐蚀，所述贫铬区域很容易受到优先腐蚀攻击。据认为，这是由于铬含量紧邻碳化物可以是低于所需的不锈钢合金。如果碳化物形成晶界上连续的网络，则腐蚀会产生分离或间隙在边界和可能粮食下探或损失。

检测晶间腐蚀的方法

通常，IGC沿着晶界进行，并且很难用肉眼或任何其他人检测非破坏性检查技术。然而，该材料可为电阻设备的制造之前进行测试，以IGC用特定的实验方法，如那个Huey测试（使用硝酸溶液）或施特劳斯考试识别不锈钢与晶间腐蚀的易感性。当漂亮的试验也可以使用，这是基于定量的减肥测定。此外,IGC开裂当金相制备和下一个检查从发生故障的区域中的样品可以看到扫描电子显微镜(SEM)．

防止奥氏体镍铬不锈钢IGC攻击的减缓方法

进行适当的退火和淬火制造商店或轧机的处理将降低不锈钢和富含镍的铬含铬合金的易感性。当成功进行这些处理时，溶解的碳化铬，氮化物和碳化钼及其预沉淀形式，将它们保持在淬火期间的溶液中。

在铁素体不锈钢（AISI型430，型型446），碳的扩散速率使得碳化铬的沉淀不能防止，即使具有来自高温退火处理的快速水淬火。然而，这些合金中的铬扩散速率也很高。可以恢复碳化铬沉淀的铬耗尽的区域热处理接近816°C（1,500°F）。结果是含有大量碳化物残基的微观结构，其免疫为IGC。

管道焊缝的热处理，防止晶间腐蚀。

图4.管道焊缝的热处理，防止晶间腐蚀。（来源：Berkut34 | Dreamstime.com）

当不锈钢焊接时，通过减少碳和氮的含量，在许多情况下可以防止碳化铬和氮化物的形成。氩氧的引入脱碳过程、真空熔炼和消耗品电弧重熔大大影响防止铬合金中碳化物和氮化物形成AISI 304 l型,类型316升,合金C-276.和C-4和Fe-29％Cr-4％Mo。

在不锈钢中碳化铬的形成可以通过添加元素来预防吗钛（Ti）或铌（Nb）。（相关阅读：铬在晶间腐蚀的作用。）这些元素与碳结合并降低其浓度，使得在焊接期间的温度的敏化范围内不会形成铬碳化铬。压力缓解甚至在工作条件。这些被称为稳定化的合金，它们是AISI 321型（Ti）的，AISI型347.（NB），合金20Cb支承-3（NB），合金625.（Nb）和合金825（TI）。

不同尺寸的焊接和其他焊接技术(如低热输入)可以降低敏化程度。然而，要保持明确的控制以使这种方法普遍适用并不容易。