在室温下碳在奥氏体不锈钢中的溶解度很低，约0.006%,而在铁素体（或马氏体）不锈钢中的溶解度更低。随着钢中碳含量的增加，多余的碳将以铬-铁碳化物（主要是M₂₃C₆）的形式析出，有时也以少量M₇C₃及M₆C形式析出。M₂₃C₆和M₇C₃中的铬含量约为w_Cr42%～65%,大大超过不锈钢中铬的正常含量。
固溶处理的不锈钢经再次加热后将再次析出碳化物，碳化物的析出受温度及时间的控制，见图1-44。曲线1和4分别表示在某加热时间下碳化物M₂₃C₆析出的开始温度及终止温度，水平线3表示奥氏体对碳的溶解温度下限。由于碳化物M₂₃C₆中的铬含量是不锈钢的2～4倍，因此，析出碳化物的晶界附近就出现贫铬现象，在遇到腐蚀介质时就会使晶界发生腐蚀，这就是“晶间腐蚀”。发生晶间腐蚀的最高温度为T_C。


（1）组织对碳化物析出的影响 由于碳在铁素体中扩散比在奥氏体中容易（表1-1），且碳在铁素体中的溶解度比在奥氏体中低，因此，铁素体中碳化物的析出比在奥氏体中容易。所以，铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢更容易发生晶间腐蚀，见图1-45a。该图中曲线1和2所包围的区域表示为单层电弧焊的冷却范围，由图可见，在这个条件下，奥氏体不锈钢不发生晶间腐蚀，而铁素体不锈钢就可能发生晶间腐蚀。
（2）铬-镍奥氏体不锈钢中合金元素对碳化物析出和晶间腐蚀的影响
1）碳和镍的影响。随着碳含量的增加，其产生晶间腐蚀的区域向左上方移动，即向时间短、温度高的方向移动，如图1-45b所示。也就是说，随着碳含量的增加，其产生晶间腐蚀的敏感性增大。这个容易理解，因为，随着碳含量的增加，其产生铬的碳化物容易了，量也多了，贫Cr也加强了。
增加镍含量，提高了碳的活度，降低了碳在钢中的溶解度（图1-6），等同于碳含量的增加，因此，产生晶间腐蚀的敏感性增大。不过，只有当镍含量大于w_Ni20%后，这种现象才会发生。因此，应限制25Cr-20Ni钢中的碳含量在w_C0.02%以下。
2）硅的影响。和镍一样，硅也提高碳的活度，其影响比镍更强烈。图1-45c所示为硅对18Cr-15Ni晶间腐蚀影响的曲线。可以看出，随着硅含量的增加，其产生晶间腐蚀的区域也向左上方移动，即产生晶间腐蚀的敏感性增大。硅的另一个作用是可以生成氮化碳，即π相，其分子式为M₁₁（CN）₂。π相对晶间腐蚀影响与M₂₃C_6­相似。对于硅含量大于w_Si4%的奥氏体不锈钢，其碳含量应限制在w_C0.02%以下。
3）铬的影响。 在奥氏体不锈钢中增加铬的含量，可使其产生晶间腐蚀的区域也向右下方移动，即产生晶间腐蚀的敏感性降低，而且区域变窄。这是不难理解的，因为铬是不锈钢所以抗腐蚀的主要元素。图1-45d所示为铬含量对0.03C-16Ni3.0Mo-0.2Nb-0.3～0.4N钢晶间腐蚀影响的曲线，也就是说，随着铬含量的增加，其抗晶间腐蚀的能力增大。
4）氮的影响。氮可以形成铬的氮化物Cr₂N析出而影响晶间腐蚀，但对晶间腐蚀的影响主要还是M₂₃C_6­。氮可以使M₂₃C_6­的析出时间延长，从而也使其产生晶间腐蚀的敏感性降低，而且区域变窄。图1-45e所示为氮对17Cr-13Ni-5Mo钢晶间腐蚀影响的曲线。
5）铌和钛的影响。 由于铌和钛都能与碳形成稳定的碳化物，因而，有效地抑制M₂₃C_6­的析出，从而提高钢的抗晶间腐蚀的能力。铌和钛也是不锈钢常用的提高钢的抗晶间腐蚀的能力的稳定化元素。但是，为了有效地抑制M₂₃C_6­的析出，避免晶间腐蚀的产生，它们的含量应足够高。根据计算，钛含量至少要达到碳含量的4倍，而铌含量则至少要达到碳含量的8倍。这种稳定化元素含量与碳含量之比叫做“稳定化比”。不锈钢中还含有氮，若考虑一般氮含量约为w_N0.05%,约有1/5的铌和钛与氮结合，为弥补这个损失，则钛含量至少要达到碳含量的5倍，而铌含量则至少要达到碳含量的10倍。


（3）其他类型不锈钢中碳化物析出和对晶间腐蚀的影响
1）铁素体铬不锈钢碳化物析出。含碳量为w_C0.05%～0.1%的铁素体铬不锈钢与铬-镍奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的条件不同。即使从900℃以上快速冷却，铬不锈钢也对晶间腐蚀敏感。但经650～800℃回火后，就提高了抗晶间腐蚀的能力。铁素体铬不锈钢的晶间腐蚀主要受碳的影响，如果含碳量超过w_C0.01%,高温淬火后，不管是否发生相变，都使抗晶间腐蚀的能力下降。如图1-45a所示，在碳含量相同的情况下铁素体要比奥氏体的碳化物析出的多，抗晶间腐蚀的能力也差得多。
对Cr13钢，若在400～600℃进行回火，腐蚀会很严重，因为这正是碳化物析出很快的温度范围，只有经过950℃的退火空冷的热处理之后，抗腐蚀性才可改善。铁素体铬不锈钢的最佳回火温度取决于铬和钼的含量，通常在700℃左右。回火过程中，马氏体发生分解，碳化物按M₃C-M₇C₃-M₂₃C₆的顺序析出，贫铬和腐蚀就在马氏体晶粒表面发生。在700℃回火，通过铬的扩散，使之趋于平衡。加入w_Mo1%的钼，对Cr13钢来说，无论是淬火态还是回火态，都能提高抗晶间腐蚀的能力。
对含碳为w_C0.1%的Cr17钢（AISI430），电弧焊或是从900℃快速冷却，都容易发生腐蚀，其组织为一次铁素体和马氏体。马氏体表面先行腐蚀，这是因为在δ→γ转变中的偏析使得马氏体表面富碳贫铬的缘故。在高于1100℃快速冷却时，还会发生部分晶间腐蚀。在700℃～800℃回火时， 提高了抗晶间腐蚀能力，Cr17钢的理想的“稳定化回火”温度是750℃。Cr17钢在加热900℃以上会发生再结晶，导致晶粒粗大。加入钼和钛可以防止晶粒长大，而提高抗晶间腐蚀的能力。因此，含铬w_Cr17%的钢通常含有w_Mo1%～2%的M_O.
2)降低铬-镍马氏体不锈钢碳化物析出。为改善铁素体铬不锈钢的韧性和焊接性，可以通过降低碳含量，使其小于w_C0.04%来实现，于是，发展了低碳铬-镍马氏体不锈钢，通常加入w_Ni4%～6%的镍，以扩大γ相区，减少δ铁素体。这种低碳铬-镍马氏体不锈钢在淬火或焊接中，碳以碳化物形式析出，其析出相为M₃C、M₂(C,N)、M₇C₃、M₂₃C₆等几种形式。由于回火，使得在弥散的M₂(C,N)旁形成粗大的碳化物M₂₃C₆和同类型细小的碳化物，同时在晶内和晶界形成贫铬，因此，降低钢中碳的含量，可以减少碳化物析出，缓解贫铬现象，从而降低晶间腐蚀敏感性。回火温度在450～580℃时，腐蚀敏感性增大，但铬-镍马氏体不锈钢比铬钢慢。但对于淬火和回火的马氏体不锈钢，在425℃中长期时效处理中，将在晶内出现大量细小的紧挨着M₂₃C₆的碳化物M₆C。
3）低碳奥氏体-铁素体（双相）不锈钢碳化物析出。奥氏体-铁素体（双相）不锈钢比普通奥氏体不锈钢有更为优良的耐应力腐蚀性，但碳含量高时抗晶间腐蚀的能力较低。可是，如果降低碳含量，其抗晶间腐蚀的能力就提高，而且其力学性能和焊接性也将改善。低碳奥氏体-铁素体（双相）不锈钢在含有氯离子的介质和海水中具有很强的耐点蚀性，因此，在油泵装置、污水处理和海洋工程中有广阔的应用。低碳奥氏体-铁素体（双相）不锈钢通常含有质量分数为18.5%～27%Cr-4%～8%Ni-2%～4%Mo，还含有氮和铜，而碳含量通常低于w_C0.03%。显微组织为奥氏体和含量相对较多的δ铁素体双相组织所组成。根据舍夫勒图22Cr-5Ni-3Mo钢应为体积分数为50%δ铁素体的奥氏体-铁素体双相不锈钢。表1-4给出了奥氏体-铁素体双相不锈钢的典型化学成分。
在低碳奥氏体-铁素体双相不锈钢中，氮的作用不只是以氮化物代替碳化物析出，而且对提高焊接性也有重要作用。含氮量增加，大大减小了焊接热影响区晶粒长大的趋势。此外，奥氏体-铁素体双相不锈钢中即使没有氮，焊接热影响区对晶间腐蚀的敏感性也会降低。由于细小的析出相分布在基体中，不利的影响较小。这不仅提高了焊接热影响区的抗晶间腐蚀的能力，而且提高了韧性。
含碳量低、含铬量高的奥氏体-铁素体双相钢（如22Cr-5Ni-3Mo的UNS S31803），在焊态下就有很好的抗晶间腐蚀的能力。
 
P33 表1-4 奥氏体-铁素体双相不锈钢的典型化学成分（质量分数）（%）

与UNS规格相似	C(man)	Cr	Ni	Mo	Cu	N	其他
S31500	0.03	18.5	5.0	2.7	-	-	Si1.7
-	0.025	21.0	6.5	2.5	1.5	-	-
S31803	0.03	22.0	5.5	3.0	-	0.15	-
-	0.03	24.0	5.0	1.5	1.0	0.10	-
-	0.03	24.0	7.0	2.8	0.4	-	-
S31200	0.03	25.0	6.0	1.5	-	0.17	-
S32550	0.04	25.5	5.5	3.4	2.0	0.17	-
S31250	0.03	25.0	6.5	3.0	0.5	0.20	W0.3
-	0.03	25.0	7.0	4.5	-	0.18	铸钢
-	0.05	25.0	8.0	3.0	1.0	0.18	铸钢
-	0.03	25.5	3.7	2.3	-	0.33	Mn5.8
	0.03	26.5	6.0	1.5	-	0.16	-

 
（4）不锈钢焊缝金属和热影响区碳化物析出
1）焊接接头的刀状腐蚀。这种腐蚀通常发生含有稳定化合金元素（如铌和钛等）并在经过稳定化处理的奥氏体不锈钢焊接接头中，因为铌和钛的碳化物在焊接高温作用下重新溶解。刀状腐蚀只发生在加热温度高于1300℃的很窄的热影响区中。由于高温的作用，焊接热影响区的近缝区中的铌和钛的碳化物会重新溶解到金属中。图1-16的下图为900～1450℃之间保温30～60min，铌在母材中再溶解的比例；而上图为保温5s（和电弧焊中热影响区的情况相似）时铌在母材中再溶解的比例。
可以看到，焊接热影响区的近缝区中碳化铌的大部分会重新溶解到金属中。再经过快速冷却之后，这一部分溶解的碳不再以碳化铌的形式析出，而是在奥氏体中以过饱和的形式存在。在之后的退火中，碳又以M­₂₃C₆的形式析出而造成贫铬，使其抗晶间腐蚀的能力下降。因为发生这种腐蚀的是在焊热影响区近缝区的很窄的区域，所以，被叫做“刀状腐蚀”。
刀状腐蚀只发生在经过稳定化处理的奥氏体不锈钢焊热影响区、多层焊，两道或多道平行焊道（比如堆焊焊层时）的焊接热影响区的近缝区中。
通过降低碳含量（比如w_C＜0.04%），提高稳定化比（w_TI＞8w_C及w_Nb＞10w_C），达到其1.5倍，造成超稳定化，就能够避免刀状腐蚀。但必须指出，铌和钛含量的提高是有限的，在改变成分时，要综合考虑各种性能要求。比如，铌含量超过w_Nb1%，会有增加热裂纹敏感性的危险。增加铬含量，也有利于避免刀状腐蚀，但当铬含量超过w_Cr20%时，σ相析出的危险增大。
2）偏析引起的焊缝金属的晶间腐蚀。促进碳化物析出的合金元素，也会促进偏析的发生，从而增加了产生晶间腐蚀的危险性。硅就是其中之一。由图1-45c可以看出，即使在碳含量很低的情况下，硅也会使发生晶间腐蚀的时间缩短，即使曲线向左上方移动，而且发生晶间腐蚀的温度范围却会扩大。为避免产生晶间腐蚀，应降低焊接线能量及层间温度。
3）δ铁素体的影响。为了提高奥氏体不锈钢焊缝金属的抗热裂纹性能，焊缝金属中通常含有少量的δ铁素体（一般体积分数约为5%～10%）。如图1-45a所示，铁素体中碳化物析出比奥氏体快，抗晶间腐蚀的能力也应下降，但实际上，含有少量δ铁素体的奥氏体不锈钢焊缝金属并没有明显的这种抗晶间腐蚀的能力下降的倾向。