1、双相不锈钢的耐晶间腐蚀性能较优

奥氏体不锈钢的组织主要为奥氏体相，有时亚稳定奥氏体不锈钢中也存在少量铁素体相。但由于奥氏体不锈钢晶间腐蚀失效作用基本上由奥氏体相的晶间腐蚀起决定性作用，少量铁素体相虽然也能产生晶间腐蚀，但奥氏体不锈钢中的少量铁素体相仅以不连续的孤岛状存在，铁素体相的晶间腐蚀对整个奥氏体不锈钢的性能的作用甚小，因此奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能仍主要由其中奥氏体相的耐晶间腐蚀性能所决定。

铁素体不锈钢的基体组织基本上为铁素体相。奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的晶间腐蚀形成机制有相似之处，如晶间高铬相、贫铬区的形成与快速溶解等，但也存在许多差别，如高铬钼与贫铬区的形成条件与速度等。双相不锈钢的组织为奥氏体相与铁素体相共存，且两相的体积比宜尽量接近。双相不锈钢的晶间腐蚀形成机制相对于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢尚另有特点。双相不锈钢的耐晶间腐蚀性能优于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢。

2、碳和氮在基体中的溶解度与控制含量

产生晶间腐蚀敏感性最重要的机制为晶间析出高铬相与产生贫铬区。影响最大的合金元素为碳。18-8奥氏体不锈钢在固溶处理温度时碳在基体中的溶解度约为0.1%。当碳含量不超过0.1%时，在固溶处理温度下碳基本上均可溶于奥氏体基体中。随着温度下降，碳的溶解度逐渐降低，过饱和的碳会以碳化铬(主要为Cr23C6)高铬相的形式在晶界析出，并在邻近区域产生贫铬区。

室温时碳在奥氏体钢中的溶解度约为0.02%。敏化温度的时间持续越长，过饱和的碳析出较多，晶间腐蚀敏感性会较高。碳在不锈钢中的溶解度高低，对不锈钢的敏化作用影响很大。要求耐晶间腐蚀性能的奥氏体不锈钢一般碳含量均为0.02%~0.08%。碳在铁素体不锈钢中的溶解度要比在奥氏体不锈钢中低得多，如含铬26%的铁素体不锈钢中，碳的溶解度在1093℃时为0.04%，927℃时为0.004%，因而要求耐晶间腐蚀性能的铁素体不锈钢多将碳含量控制低于0.01%~0.03%。不含稳定化元素钛和铌的铁素体不锈钢的碳含量宜控制在0.01%以下。

3、合金元素在基体中的扩散速度

晶界高铬相的析出与贫铬区的形成，一方面取决于在某温度区间时碳和氮在基体中的含量超过了在基体中的溶解度，而产生了析出碳化铬、氮化铬等高铬相的趋向。另一方面由于高铬相中的铬、碳和氮含量均大大超过基体中的平均含量，要析出高铬相必须由基体中的部分铬、碳或氮的原子向晶界扩散才能提供形成高铬相所必须的铬、碳或氮的高含量。碳、氮的原子直径比铬小得多，即碳、氮原子的扩散速度要比铬快得多，因而高铬相的析出速度并不取决于碳、氮的原子扩散速度，而取决于铬原子的扩散速度。高铬相中高的铬、碳和氮的高含量首先由邻近的晶粒区域扩散提供，使此邻近区域的铬、碳、氮的含量下降。继而这些元素由晶粒的其他区域向此邻近区域扩散补充。由于小原子的碳和氮扩散补充速度很快，而铬的扩散补充速度要慢得多，使此邻近区域最主要的特征为铬含量明显下降，因而称为贫铬区。

高铬相Cr23C6中铬的质量约为碳的13倍，Cr2N中铬的质量约为氮的4倍。而不锈钢中的铬的质量可为碳的上千倍，可为氮的数百倍。如在敏化温度区域使高铬相能在晶界充分析出，会消耗完基体中过饱和的碳和氮，而基体晶粒中所消耗的铬并不很多，一般仍能维持耐蚀性所需要的铬含量。这时铬原子仍可向贫铬区析出补充，逐渐减轻贫铬区的贫铬程度，以至贫铬区基本消失。当温度降至400℃以下时，不锈钢中的原子不能进行明显的扩散，不锈钢的敏化程度会中止。

由此可见，合金的扩散速度对不锈钢的敏化程度起着至关重要的作用。合金元素在铁素体不锈钢中的扩散速度要比奥氏体不锈钢中的扩散速度快得多。如在600℃时，碳在铁素体中的扩散速度约为在奥氏体中的扩散速度的600倍。更重要的是，在700℃左右时，铬在铁素体中的扩散速度约为在奥氏体中的扩散速度的100倍。固溶状态的奥氏体不锈钢在温度降到高铬相的析出温度区域即敏化区域时会以较慢的速度析出富铬相并产生贫铬区。冷却速度很快(如水冷)时，敏化作用可以很小，只有敏化时间较长时才能增大敏化作用。而铁素体不锈钢在高温退火温度后，温度降到敏化温度时，由于铬、碳等的扩散速度很快，即使水冷，富铬相也能快速充分析出，并形成贫铬区，产生晶间腐蚀敏感性。

如果冷却速度较慢(如退火空冷)，由于富铬相已充分析出，贫铬区也已充分形成，进行的过程主要是基体的铬向贫铬区的扩散补充，减少贫铬区的贫铬程度。因而铁素体不锈钢材料的成品热处理并不像奥氏体不锈钢那样进行固溶处理，而是进行退火空冷处理。在退火温度时合金元素可充分溶入基体。随后开始冷却时，富铬相会充分析出。冷却速度较慢，可使贫铬区的铬含量得到较好的补充，使退火状态的铁素体不锈钢达到耐晶间腐蚀性能良好的状态。然而退火处理时的冷却速度也不宜过慢，以尽量减少在500℃~925℃温度区域的σ相析出量，以及在400℃~500℃析出α相的量，可减小σ相脆性和475℃脆性。

4、晶粒度

铁素体不锈钢冷凝后均为铁素体基体相，随着温度的变化并没有铁素体和奥氏体之间的相变。奥氏体不锈钢冷凝后全部或绝大部分均为奥氏体基体相，随着温度的变化基本上没有铁素体和奥氏体之间的相变。而双相不锈钢在刚冷凝时基本为铁素体相。继续冷却时，部分铁素体相会相变为奥氏体相，达到固溶温度时，两相几乎各占一半。因而存在较多的铁素体和奥氏体之间的相变，单相的奥氏体相或铁素体相，在高温下均会产生晶粒长大的情况，因此奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的晶粒常较粗大。而双相不锈钢由于存在较多的铁素体和奥氏体之间的相变，会使得晶粒产生相变细化。因此双相不锈钢的晶粒尺寸均要比奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢要小，常为一半左右[4]。晶粒尺寸小，晶界的长度就长。在不锈钢析出同样质量的高铬相的情况下，双相不锈钢单位晶界长度上的高铬相质量少，高铬相所产生的贫铬区的贫铬程度也就较低，晶间腐蚀敏感性也就低。因此细晶粒成为双相不锈钢的耐晶间腐蚀性能比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢好的因素之一。

5、高铬钼的金属间化合物析出趋势强

不锈钢中提高耐蚀性的最重要的合金元素为铬。对于含钼不锈钢而言，钼也是重要的耐蚀合金元素。虽然一般钼含量比铬含量低得多，但钼提高耐蚀性的作用为铬的3.3倍，双相不锈钢中1%~5%的钼相当于3.3%~16.5%的铬，其耐蚀作用也很强。

不锈钢的晶间腐蚀敏感性是由于在敏化温度时在晶界析出了高铬(钼)相，产生了贫铬(钼)区所至。这些高铬(钼)相在多数场合主要为碳化铬(钼)及氮化铬(钼)。但在敏化温度时许多不锈钢能析出含铬和钼的金属间化合物，大多数金属间化合物中含铬和(或)钼量要高于基体金属，并为高铬(钼)相。如σ相、χ相、η相等。其中σ相更为常见。这些高铬(钼)相可在晶内或(和)晶界析出。在晶界析出时，亦可产生贫铬(钼)区，形成晶间腐蚀敏感性。对于双相不锈钢而言，在其晶间腐蚀敏感性的形成因素中，应当比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢更加重视高铬钼金属间化合物相析出的作用，原因如下：

（1）由于现代双相不锈钢均为超低碳钢，碳含量低，能形成碳化铬(钼)析出相的总量甚少。又由于晶粒细，晶界长，单位晶界长度中的碳化铬(钼)析出相的量甚少，有时可能在晶界上不能形成连续网状[4]，因而因析出碳化铬(钼)而形成的晶间腐蚀敏感性常较小，不一定是形成晶间腐蚀敏感性的最重要的因素。

（2）双相不锈钢中多含有比较高的铬和钼，析出高铬(钼)的金属间化合物的趋势强，同样敏化温度条件下的析出量多。

（3） 铬和钼在铁素体中的扩散速度远高于在奥氏体中的扩散速度(约100倍)，因而铁素体不锈钢中高铬(钼)金属间化合物相的析出速度要比奥氏体不锈钢中快得多。双相不锈钢的铁素体相中的析出速度也应很高。

（4）按双相不锈钢合金元素在两相中的分配系数，铁素体相中的铬、钼含量要高于钢中的平均含量。因此在同样铬、钼含量的铁素体不锈钢和双相不锈钢的情况时，双相不锈钢中的铁素体相要比铁素体不锈钢析出趋势强。

（5）不锈钢中的镍可以扩大σ相的析出温度范围，缩短σ相的析出时间。大部分铁素体不锈钢中都不含镍，只有个别牌号含少量镍。而双相不锈钢要保证两相各占一半，镍仍为最重要的奥氏体形成元素。钢中含镍多为3%~8%。至使双相不锈钢的铁素体相中也不得不相应含有2.25%~6%的镍。这也使双相不锈钢中的铁素体相析出高铬钼金属间化合物(如σ相)的趋向高于相应铁素体不锈钢。

可以认为，双相不锈钢析出高铬(钼)金属间化合物的趋势、速度及析出量均要明显高于相应的奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢。应将其作为产生晶间腐蚀敏感性的重要机制与因素。