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(bu)銹(xiu)鋼(gang),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。
降低或消除含有(you)穩定(ding)化元素奧氏(shi)體不銹鋼焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)刀狀腐蝕的危險(xian),有(you)時是很困難(nan)的,但可以在(zai)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)設計(ji)和焊(han)接(jie)(jie)(jie)順(shun)序上加以合理安(an)排而改善,如(ru)設計(ji)時采(cai)用一次性(xing)焊(han)接(jie)(jie)(jie),避(bi)免(mian)過(guo)熱(re)區再經過(guo)中溫敏(min)化,在(zai)雙面焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou),可將可能(neng)產生過(guo)固(gu)溶、奧氏(shi)體富(fu)C晶(jing)界(jie)與中溫敏(min)化晶(jing)界(jie)碳(tan)化物析(xi)出的一側布置在(zai)不與介(jie)質(zhi)接(jie)(jie)(jie)觸的部位,如(ru)圖2-2(a),圖2-2(b)的情況(kuang)應(ying)該避(bi)免(mian)。在(zai)設計(ji)上盡可能(neng)不采(cai)用交叉焊(han)縫(feng)。
采用低碳的穩(wen)定化(hua)(hua)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)母(mu)材,將大(da)大(da)減輕(qing)刀(dao)狀(zhuang)腐蝕現象。超低碳奧氏體不(bu)銹鋼(gang)焊接接頭不(bu)會產生刀(dao)狀(zhuang)腐蝕現象。正因(yin)為如此,隨(sui)著(zhu)冶煉技術的提高,含穩(wen)定化(hua)(hua)元素的不(bu)銹鋼(gang)正逐步被(bei)淘汰,取而代之的是超低碳不(bu)銹鋼(gang)。