奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不(bu)銹鋼,這和它具有良好的機械性能、耐腐蝕性能,其焊接性在高合金鋼中被認為是最好有關。鉻-鎳奧氏體不銹鋼具有良(liang)好(hao)的焊接(jie)性,無淬硬性,因而在熱影響(xiang)區(qu)內無淬硬現象,同時也(ye)無晶(jing)粒粗大化(hua)現象。但在焊接(jie)中存在以(yi)下(xia)問題:
奧氏體不銹鋼焊接接頭可有三種晶間腐蝕的情況:焊縫晶間腐蝕、母材上敏化區腐蝕及刀狀腐蝕。關于奧氏體鋼晶間腐蝕的機理,一般用“貧鉻”理論來解釋。在固溶狀態下,奧氏體鋼中的碳過飽和固溶于奧氏體中。加熱過程中,過飽和的碳將以Cr23C6的形式沿晶界析出。由于Cr23C6中含鉻量大大超過奧氏體基體中的含鉻量,因而使得晶界附近的含鉻量顯著下降,晶內的鉻原子又來不及擴散及時補充,故形成貧鉻層(Cr<11.7%).貧鉻層的電極電位比晶體內低得多,在腐蝕介質的作用下,電極電位低的晶界將成為陽極,而被腐蝕溶解。
①. 焊縫(feng)晶間腐(fu)蝕(shi)和(he)母材上敏(min)化(hua)溫度區腐(fu)蝕(shi)
18-8型不銹(xiu)鋼在450~850℃溫(wen)(wen)度(du)加熱時,具有晶間腐(fu)蝕傾向,這(zhe)一(yi)溫(wen)(wen)度(du)范圍稱為(wei)敏化(hua)溫(wen)(wen)度(du)區(qu)間。
焊(han)縫晶(jing)(jing)間腐(fu)蝕可有(you)兩種(zhong)情況(kuang):一(yi)種(zhong)情況(kuang)為焊(han)接線能量過(guo)大或多層(ceng)焊(han)時焊(han)縫金屬在敏化(hua)溫度區(qu)間停留(liu)時間過(guo)長所引起,即焊(han)接狀態下已(yi)有(you)碳化(hua)鉻析出(chu)而(er)形成貧鉻層(ceng);另一(yi)種(zhong)情況(kuang)是焊(han)接狀態下耐蝕性良(liang)好,焊(han)后經(jing)受了敏化(hua)加熱的作用,因而(er)具有(you)晶(jing)(jing)間腐(fu)蝕傾向。
熱(re)影(ying)響(xiang)區、敏(min)(min)(min)化區的(de)晶間(jian)腐蝕傾向也是由(you)于形成(cheng)貧鉻層所致(zhi)。但因為焊接熱(re)循環具有快(kuai)速連續加(jia)熱(re)的(de)特(te)點,碳化鉻的(de)析出需要在更高的(de)溫(wen)度下(xia)才能較快(kuai)進行(xing),因此,焊接接頭的(de)敏(min)(min)(min)化區溫(wen)度范圍(wei)為600~1000℃,要比平衡(heng)加(jia)熱(re)條件下(xia)的(de)敏(min)(min)(min)化區溫(wen)度(450~850℃)高。
焊(han)縫和熱影(ying)響區晶間腐蝕傾向與含碳量(liang)、加熱溫度和保溫時間等因素有關。因此(ci),為提高焊(han)接接頭抗晶腐蝕能力,一(yi)般(ban)宜采取以下措施:
a. 減小母材及焊縫中的含碳量,使加熱時減少或避免Cr23C6析出,可以消除產生貧鉻層的機會。例如,超低碳(C≤0.03%)不銹鋼由于含碳量較低,具有優良的抗蝕性能,但是超低碳不銹鋼的冶煉成本高。
b. 在鋼中添加穩定(ding)化元素 Ti、Nb等(deng),使之優先形成(cheng)MC,而避免形成(cheng)貧鉻(ge)層。
c. 使焊縫形(xing)成(cheng)奧氏(shi)體加(jia)少量鐵素體的(de)雙相組織。當焊縫中存在(zai)一(yi)定(ding)數量的(de)鐵素體時,可以(yi)細化晶(jing)粒,增(zeng)加(jia)晶(jing)界(jie)面積(ji),使晶(jing)界(jie)單位面積(ji)上的(de)碳化鉻(ge)析(xi)出(chu)量減(jian)少,減(jian)輕貧鉻(ge)程(cheng)度(du)。鉻(ge)在(zai)鐵素體中溶解度(du)較(jiao)大,Cr23C6優先在(zai)鐵素體中形(xing)成(cheng),而不致使奧氏(shi)體晶(jing)界(jie)貧鉻(ge);此外,散在(zai)奧氏(shi)體之間的(de)鐵素體,還可能防止腐蝕(shi)沿晶(jing)界(jie)向內部(bu)擴展。
d. 控(kong)制在敏(min)化(hua)溫度區(qu)間的(de)(de)停留(liu)時間。調整焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱循(xun)環,盡可(ke)能(neng)縮短600℃以(yi)上(shang)的(de)(de)高溫停留(liu)時間,以(yi)防止焊(han)(han)(han)縫(feng)及熱影響(xiang)區(qu)大量(liang)析出碳化(hua)鉻。如(ru)選(xuan)擇能(neng)量(liang)密度高的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方法(fa)(如(ru)等離子(zi)弧(hu)焊(han)(han)(han)),選(xuan)用(yong)較小的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)線能(neng)量(liang),焊(han)(han)(han)縫(feng)背面(mian)通氬氣或采用(yong)銅墊增加焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)冷卻速度,減(jian)少(shao)起弧(hu)、收弧(hu)次數以(yi)避免重復(fu)加熱,多層焊(han)(han)(han)時與腐(fu)蝕介質的(de)(de)接(jie)(jie)(jie)觸面(mian)盡可(ke)能(neng)最后施焊(han)(han)(han)等,均可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)晶間腐(fu)蝕傾(qing)向。
e. 焊后進行固溶處理或穩定化退火。固溶處理可使已析出的Cr23C6重新溶入奧氏體中,但一般只適用于較小的工件。穩定化退火是將工件加熱到850~900℃保溫后空冷。其作用為使碳化物充分析出,并促使鉻加速擴散而消除貧鉻區。
②. 焊接接頭的刀狀腐(fu)蝕
刀狀腐蝕(shi)簡稱刀蝕,它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕,只發生在含有穩定劑的奧氏體鋼(如06Cr18Ni11Ti、06Cr17Ni12Mo3Ti等)的焊接接頭中。刀狀腐蝕的腐蝕部位在熱影響區的過熱區,沿熔合線發展,開始寬度僅3~5個晶粒,逐步擴大至1.0~1.5mm.因形狀如刀刃,故稱刀狀腐蝕。
高溫過熱和中溫敏化是導致焊接接頭產生刀蝕的重要條件。含有穩定劑的奧氏體鋼,一般以固溶狀態供貨,此時鋼中少部分的碳固溶于奧氏體,其余大部分碳則形成TiC或NbC.焊接時,在溫度超過1200℃的過熱區中,這些碳化物將溶人固溶體。由于碳的擴散能力較強,在冷卻過程中將偏聚在晶界形成過飽和狀態,而鈦則因擴散能力低而留于晶內。當焊接接頭在敏化溫度區間再次加熱時,過飽和的碳將在晶間以Cr23C6形式析出,在晶界形成貧鉻層,使焊接接頭抗蝕性能降低。從以上分析可知,刀狀腐蝕的形成根源也在于晶間形成貧鉻層。
防止(zhi)刀口腐蝕的措(cuo)施如下(xia):
a. 降低含碳量
這是防止(zhi)刀狀腐蝕的(de)很有(you)效(xiao)的(de)措施。對于含有(you)穩定化元(yuan)素的(de)不銹鋼,含碳量最好不超(chao)過0.06%。
b. 采用合理的焊(han)接(jie)工藝
盡量選擇(ze)較小(xiao)的(de)(de)線能量,以(yi)減少過熱區在(zai)高溫停留時間,注意避免在(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)過程產生“中溫敏(min)化”的(de)(de)效果。因此雙面(mian)焊(han)(han)(han)(han)時,與腐(fu)蝕(shi)介(jie)質(zhi)接(jie)觸(chu)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫應(ying)最后(hou)施焊(han)(han)(han)(han)(這是大直徑(jing)厚壁焊(han)(han)(han)(han)內焊(han)(han)(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)(han)(han)之后(hou)再進行(xing)的(de)(de)原因所在(zai)),如不能實施,則應(ying)調(diao)整焊(han)(han)(han)(han)接(jie)規范(fan)及焊(han)(han)(han)(han)縫形狀,焊(han)(han)(han)(han)管內焊(han)(han)(han)(han),應(ying)盡量避免與腐(fu)蝕(shi)介(jie)質(zhi)接(jie)觸(chu)的(de)(de)過熱區再次受到(dao)敏(min)化加熱。
焊(han)后(hou)(hou)熱(re)處理(li)。焊(han)后(hou)(hou)進(jin)行固(gu)溶(rong)或穩定(ding)化處理(li),均能(neng)提高接頭的抗刀(dao)狀(zhuang)腐(fu)蝕能(neng)力。

