刀狀腐蝕簡稱刀蝕。在含有穩定元素的奧氏體不銹鋼中(如321不銹鋼316Ti不銹鋼等),焊接熱影響區的過熱區在腐蝕介質作用下,發生沿熔合線走向的深溝狀類似刀痕的腐蝕,稱為刀狀腐蝕。刀狀腐蝕的性質是晶間腐蝕,在腐蝕初始階段腐蝕區寬度為3~5個晶粒,然后逐漸擴大至1.0~1.5mm,腐蝕寬度與過熱區寬度有關,由焊接工藝和方法等因素決定,如電渣焊時,腐蝕區寬度可達3.0~5.0mm。


  刀狀腐蝕是焊接接頭出現的特殊形式的晶間腐蝕,它也與鉻的碳化物(M23C6)析出有密切的關系,我們可以用“高溫過熱”和“中溫敏化”兩個作用的熱過程所引起的變化,來考察刀狀腐蝕與M23C6析出的關系。


  奧氏體不銹鋼供貨狀態一般為固溶態(或者說一般焊接前母材為固溶態),這時鋼中只有少量的C和穩定化元素(如鈦、鈮)固溶在基體中,其余大部分碳和鈦、鈮結合成為穩定的游離態TiC或NbC.在焊接時,焊接熱影響區超過1200℃的過熱區,就有TiC或NbC不斷地分解并向奧氏體中溶解。峰值溫度越高,停留時間越長,TiC或NbC溶解量越多,TiC或NbC分離出來的C原子將擴散到奧氏體點陣間隙中,而鈦或鈮則占據奧氏體節點的空缺位置。在隨后的冷卻過程中,碳原子由于擴散能力強,很快向晶界偏聚,在晶界碳原子濃度明顯增加,形成過飽和狀態,而鈦或鈮原子,則因來不及擴散,仍保留在奧氏體點陣的節點上。在隨后的多層焊時,再經過中溫(600~1000℃)敏化時,碳原子可以優先向晶界繼續快速擴散,使晶界更富碳,此時,鉻的擴散雖不如碳快,但比鈦或鈮的擴散快,因而就在晶界附近形成鉻的碳化物M23C6析出,TiC或NbC的溶解量越多的部位(也就是越靠近熔合線的部位),M23C6的析出量越大,晶界腐蝕傾向越嚴重,刀狀腐蝕寬度與M23C6析出一定量的寬度是一致的。


  降低或(huo)消除(chu)含有(you)穩定(ding)化(hua)元素奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)刀(dao)狀腐蝕的危險,有(you)時是很困(kun)難的,但(dan)可以(yi)在接(jie)(jie)頭(tou)設計(ji)和焊(han)接(jie)(jie)順序上(shang)加以(yi)合理(li)安排(pai)而改善(shan),如(ru)設計(ji)時采用(yong)一次性焊(han)接(jie)(jie),避(bi)免(mian)過(guo)熱區(qu)再經過(guo)中溫(wen)敏(min)化(hua),在雙面焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou),可將可能產生過(guo)固溶、奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)富(fu)C晶界(jie)與(yu)(yu)中溫(wen)敏(min)化(hua)晶界(jie)碳化(hua)物析出的一側布置(zhi)在不(bu)與(yu)(yu)介質接(jie)(jie)觸(chu)的部位,如(ru)圖(tu)2-2(a),圖(tu)2-2(b)的情(qing)況應該避(bi)免(mian)。在設計(ji)上(shang)盡可能不(bu)采用(yong)交叉焊(han)縫。


圖 2.jpg


  采用(yong)低(di)碳(tan)的穩(wen)定(ding)化奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)母材,將(jiang)大(da)大(da)減(jian)輕刀狀腐蝕(shi)現(xian)象(xiang)。超低(di)碳(tan)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)焊接(jie)接(jie)頭(tou)不會產(chan)生(sheng)刀狀腐蝕(shi)現(xian)象(xiang)。正(zheng)因為如(ru)此,隨著冶煉技術的提高,含穩(wen)定(ding)化元素的不銹鋼(gang)(gang)正(zheng)逐步被淘(tao)汰,取而代(dai)之的是(shi)超低(di)碳(tan)不銹鋼(gang)(gang)。