晶间腐蚀是发生在金属材料晶粒之间狭窄区域的一种腐蚀,是局部腐蚀的种类型。早期的镍基和铁镍基耐蚀合金几乎都遭到这种腐蚀。在20世纪中期耐蚀合金的晶间腐蚀问题曾是研究的焦点,经过广泛深人的研究,对耐蚀合金的晶间腐蚀的成因、机理和解决措施取得了共识。一致认为耐蚀合金的晶间腐蚀是由于合金在有害碳化物和金属间相的析出温度受热析出了沿晶界的碳化物和金属间相所致,合金三通这些有害的析出相多半是富铬、富钼,它们的析出伴随着这些对合金耐蚀性有效元素在其周围附近贫化,形成了沿晶界狭窄的网状贫化区。
在腐蚀环境中,这种贫化区的耐腐蚀性不足从而遭到优先腐蚀,***终构成晶间腐蚀,这是目前公认的敏化态合金晶间腐蚀的贫化理论。碳化物和金属间相的析出是造成敏化态耐蚀合金晶间腐蚀的根本原因,防止这类有害析出或减轻由于有害析出所造成的有效元素的贫化程度就成为消除或减轻晶间腐蚀的技术措施。合金类型不同以及合金化程度的差别决定着敏化态合金析出种类和程度。合金三通有一些合金只析出碳化物,因此在合金成分设计时,采用降碳或加入稳定化元素的措施就可取得满意的结果,而对那些既有碳化物析出又对金属间相析出敏感的合金,除了降低合金的碳和加稳定元素外,必须在合金成分设计时,限制有利于金属间相析出的合金元素或者加入对金属间相析出有抑制作用的元素以期达到减少有害的金属析出或延长其析出孕育期,事实已经证明这些技术措施可以确保合金焊接件的耐晶间腐蚀性能。耐蚀合金在敏化状态下的析出行为与合金系列以及合金化程度密切相关有些合金仅析出碳化物;含铬、钼量高的一些合金三通不仅析出碳化物,同时也析出金属间化合物。因此为防止其焊接的晶间腐蚀问题应采取不尽相同的技术措施。常用的Ni-Cr合金为应用较广泛的Inconel600,此合金的敏化温度范围很宽,在300~850℃,因析出Cr2C6和Cr1C3的铬碳化物而使合金存在晶间腐蚀倾向图2-28为含碳量仅为0.017%的Inconel600的晶间腐蚀与敏化温度、时间的关系图。
可见***敏感的温度区间为700~850℃,仅需几分钟敏化即可产生晶间腐蚀在较低温度(300~350℃)延长敏化时间(约104h)也可导致合金的晶间腐蚀此温度正处于压水堆蒸发器的运行温度,对于这类应用的合金必须妥善处理。图228的试验结果也表明Inconel600对晶间腐蚀的敏感性高于Incoloy800和18-8型奥氏体不锈钢,究其原因是碳在镍基合金中的固溶度较低所致,试验表明,在650℃,碳在合金中的固溶度仅0.01%,合金中过饱和的碳在敏化温度极易形成Cr2C6和CrC3沿晶界沉淀带而导致沿晶界的贫铬区的形成,在20世纪后期的试验结果证实了敏化态Inconel600合金贫铬区的存在,见图229.由图可知,在700℃敏化0.5h,由于以Cr2C3为主导的碳化物沿晶界析出,形成了约100mm的贫铬区,贫化区的铬浓度由15%降到6%,敏化10h后贫铬区的铬浓度不足4%,此后随敏化时间的延长,由于铬的背扩散,使贫化区的铬浓度得以逐渐恢复l00h敏化贫铬区的铬浓度达到接近13%的水平,极大地提高了合金的耐晶间腐蚀能力。