奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不銹鋼,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(ao)氏體不銹鋼(gang)具有(you)良好(hao)的焊接(jie)性,無淬硬性,因而在熱(re)影(ying)響區內無淬硬現(xian)象,同時也無晶粒粗(cu)大化(hua)現(xian)象。但在焊接(jie)中存(cun)在以下(xia)問題:
奧氏體(ti)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. 焊縫晶(jing)間腐蝕和(he)母材上敏化溫度區腐蝕
18-8型(xing)不銹鋼在450~850℃溫(wen)度(du)加(jia)熱時,具(ju)有晶(jing)間腐蝕傾向(xiang),這一溫(wen)度(du)范圍稱為敏化溫(wen)度(du)區(qu)間。
焊(han)(han)縫晶間(jian)腐蝕可有(you)兩種情況:一種情況為焊(han)(han)接線能(neng)量(liang)過大或多層(ceng)焊(han)(han)時焊(han)(han)縫金(jin)屬在敏化(hua)溫度區間(jian)停留時間(jian)過長所(suo)引起(qi),即(ji)焊(han)(han)接狀(zhuang)態下(xia)已有(you)碳化(hua)鉻(ge)析出而形成貧鉻(ge)層(ceng);另一種情況是焊(han)(han)接狀(zhuang)態下(xia)耐蝕性(xing)良(liang)好,焊(han)(han)后經受(shou)了敏化(hua)加熱(re)的作用,因而具有(you)晶間(jian)腐蝕傾向。
熱(re)影響區(qu)、敏化區(qu)的(de)晶間腐蝕傾(qing)向(xiang)也是由于形成(cheng)貧(pin)鉻(ge)(ge)層所致(zhi)。但因為焊(han)接(jie)(jie)熱(re)循環(huan)具有(you)快速(su)連續加熱(re)的(de)特點,碳(tan)化鉻(ge)(ge)的(de)析出需要在(zai)更高的(de)溫度下才能較快進行,因此(ci),焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)敏化區(qu)溫度范(fan)圍為600~1000℃,要比平衡加熱(re)條件下的(de)敏化區(qu)溫度(450~850℃)高。
焊縫和熱(re)影響區晶間(jian)腐蝕傾向與含碳(tan)量、加熱(re)溫度和保溫時間(jian)等因素有關。因此,為提高焊接接頭抗晶腐蝕能力,一般宜(yi)采取以(yi)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(gang)中添加穩定化元素 Ti、Nb等,使之優(you)先形成MC,而避(bi)免形成貧(pin)鉻(ge)層。
c. 使(shi)焊縫形成(cheng)奧(ao)氏體(ti)加少(shao)量(liang)鐵(tie)素體(ti)的雙相(xiang)組織。當焊縫中存在一定數量(liang)的鐵(tie)素體(ti)時,可以細(xi)化(hua)晶(jing)(jing)粒,增加晶(jing)(jing)界(jie)(jie)面積(ji),使(shi)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)單(dan)位(wei)面積(ji)上的碳化(hua)鉻(ge)析(xi)出量(liang)減(jian)(jian)少(shao),減(jian)(jian)輕(qing)貧(pin)鉻(ge)程度。鉻(ge)在鐵(tie)素體(ti)中溶解度較大,Cr23C6優先在鐵(tie)素體(ti)中形成(cheng),而不致(zhi)使(shi)奧(ao)氏體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)貧(pin)鉻(ge);此外(wai),散在奧(ao)氏體(ti)之間的鐵(tie)素體(ti),還可能防止腐蝕沿晶(jing)(jing)界(jie)(jie)向(xiang)內部擴展。
d. 控(kong)制(zhi)在敏化溫度(du)區間的(de)(de)停留(liu)時(shi)間。調整焊(han)(han)(han)接(jie)熱(re)循環,盡(jin)可能縮短(duan)600℃以(yi)上的(de)(de)高溫停留(liu)時(shi)間,以(yi)防止焊(han)(han)(han)縫及熱(re)影(ying)響區大量析出碳化鉻。如(ru)選(xuan)擇能量密(mi)度(du)高的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)方法(fa)(如(ru)等(deng)離子弧焊(han)(han)(han)),選(xuan)用較小的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)線(xian)能量,焊(han)(han)(han)縫背面通氬(ya)氣或采用銅墊增加焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)冷卻(que)速度(du),減少起弧、收弧次數以(yi)避免重復(fu)加熱(re),多層焊(han)(han)(han)時(shi)與腐蝕(shi)介質的(de)(de)接(jie)觸面盡(jin)可能最后施焊(han)(han)(han)等(deng),均可以(yi)減少接(jie)頭的(de)(de)晶(jing)間腐蝕(shi)傾向。
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(tou)的刀狀腐蝕(shi)
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(fang)止刀口(kou)腐蝕的措(cuo)施(shi)如下:
a. 降低含碳量
這是防止刀狀腐蝕的(de)很有(you)效的(de)措施。對于含(han)(han)有(you)穩定化元素(su)的(de)不銹鋼,含(han)(han)碳量最好不超過0.06%。
b. 采用合理的焊(han)接工藝
盡量選擇(ze)較小(xiao)的(de)線(xian)能量,以減少過(guo)熱區(qu)在(zai)(zai)高(gao)溫停(ting)留時間,注意(yi)避(bi)免(mian)在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接過(guo)程產生“中溫敏化”的(de)效果。因此雙面焊(han)(han)(han)時,與腐蝕介質接觸(chu)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)應最后施(shi)(shi)焊(han)(han)(han)(這是(shi)大直(zhi)徑(jing)厚壁焊(han)(han)(han)內(nei)焊(han)(han)(han)在(zai)(zai)外焊(han)(han)(han)之后再進(jin)行(xing)的(de)原因所在(zai)(zai)),如(ru)不能實施(shi)(shi),則應調整(zheng)焊(han)(han)(han)接規(gui)范及焊(han)(han)(han)縫(feng)形狀,焊(han)(han)(han)管內(nei)焊(han)(han)(han),應盡量避(bi)免(mian)與腐蝕介質接觸(chu)的(de)過(guo)熱區(qu)再次受(shou)到敏化加熱。
焊后熱處理。焊后進行(xing)固溶或穩(wen)定化處理,均能提高(gao)接(jie)頭的抗(kang)刀狀腐(fu)蝕能力。