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-鎳奧氏體不(bu)銹鋼(gang)具有(you)良(liang)好(hao)的焊(han)接性(xing),無(wu)淬硬性(xing),因而(er)在(zai)熱影響區內無(wu)淬硬現象(xiang),同時也無(wu)晶粒粗(cu)大化現象(xiang)。但在(zai)焊(han)接中存(cun)在(zai)以(yi)下(xia)問題(ti):


  奧氏體(ti)不銹鋼(gang)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(han)縫晶間腐蝕和母材上敏化溫度區腐蝕


  18-8型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在450~850℃溫(wen)度(du)加(jia)熱時,具有晶間腐蝕傾向,這一溫(wen)度(du)范圍稱為敏化溫(wen)度(du)區(qu)間。


  焊(han)縫晶間(jian)(jian)腐蝕可有(you)兩種(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)況:一種(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)況為焊(han)接線能量過(guo)(guo)大(da)或多(duo)層焊(han)時(shi)焊(han)縫金(jin)屬在敏化(hua)溫度區間(jian)(jian)停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)(jian)過(guo)(guo)長所(suo)引起,即焊(han)接狀態(tai)(tai)下已有(you)碳(tan)化(hua)鉻析出而(er)形成貧(pin)鉻層;另(ling)一種(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)況是焊(han)接狀態(tai)(tai)下耐蝕性(xing)良(liang)好,焊(han)后經受了敏化(hua)加熱的作用,因而(er)具有(you)晶間(jian)(jian)腐蝕傾向。


  熱影響區(qu)、敏化(hua)區(qu)的(de)晶間腐蝕傾向(xiang)也是由于形(xing)成(cheng)貧鉻層(ceng)所(suo)致。但因(yin)為焊接(jie)(jie)熱循環具(ju)有快速(su)連續加熱的(de)特點,碳化(hua)鉻的(de)析出需(xu)要(yao)在更高(gao)的(de)溫度(du)下才能較快進行,因(yin)此,焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)敏化(hua)區(qu)溫度(du)范(fan)圍為600~1000℃,要(yao)比平衡(heng)加熱條件(jian)下的(de)敏化(hua)區(qu)溫度(du)(450~850℃)高(gao)。


焊(han)縫和(he)熱(re)影響區(qu)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)傾向與含碳量、加(jia)熱(re)溫度和(he)保溫時間(jian)等因素有關。因此,為提高焊(han)接接頭抗晶(jing)腐蝕(shi)能力,一(yi)般宜采(cai)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(tian)加穩(wen)定化元素 Ti、Nb等,使之優先(xian)形成(cheng)MC,而避免形成(cheng)貧鉻層。


  c. 使焊(han)縫形成奧氏體(ti)加(jia)(jia)少量(liang)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)的(de)(de)雙相(xiang)組(zu)織。當焊(han)縫中存(cun)在(zai)一定(ding)數(shu)量(liang)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)時,可(ke)以細(xi)化晶(jing)粒,增(zeng)加(jia)(jia)晶(jing)界(jie)(jie)面(mian)積(ji),使晶(jing)界(jie)(jie)單位面(mian)積(ji)上的(de)(de)碳(tan)化鉻(ge)析出量(liang)減少,減輕貧鉻(ge)程度。鉻(ge)在(zai)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)中溶(rong)解(jie)度較大,Cr23C6優先在(zai)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)中形成,而不致(zhi)使奧氏體(ti)晶(jing)界(jie)(jie)貧鉻(ge);此外(wai),散(san)在(zai)奧氏體(ti)之間的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti),還可(ke)能(neng)防止(zhi)腐蝕沿晶(jing)界(jie)(jie)向內(nei)部擴展。


  d. 控制在敏(min)化溫(wen)度(du)(du)區間(jian)(jian)的(de)(de)(de)停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)(jian)。調整焊(han)(han)(han)(han)接(jie)熱循環,盡可(ke)能(neng)縮(suo)短600℃以上的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)(jian),以防止焊(han)(han)(han)(han)縫及(ji)熱影響區大量(liang)析(xi)出碳化鉻。如選擇能(neng)量(liang)密度(du)(du)高(gao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)方(fang)法(fa)(如等離子弧焊(han)(han)(han)(han)),選用較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)線能(neng)量(liang),焊(han)(han)(han)(han)縫背(bei)面通氬氣或采用銅墊增(zeng)加焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)冷卻速度(du)(du),減(jian)少起弧、收弧次數(shu)以避免重復加熱,多層焊(han)(han)(han)(han)時(shi)與腐蝕(shi)介質的(de)(de)(de)接(jie)觸面盡可(ke)能(neng)最后施焊(han)(han)(han)(han)等,均可(ke)以減(jian)少接(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)晶間(jian)(jian)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(jie)接(jie)頭(tou)的刀狀腐蝕(shi)


  刀狀腐(fu)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06Cr18Ni11Ti06Cr17Ni12Mo3Ti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。


  防止刀口腐蝕(shi)的措施如下(xia):


 a. 降低(di)含碳量(liang)


  這是防止刀狀(zhuang)腐蝕的很有效的措施。對于含有穩定化元(yuan)素的不銹鋼,含碳量最好不超過0.06%。


b. 采用合理的焊接工藝


  盡量選擇較小的(de)(de)線(xian)能(neng)量,以減少過熱區在(zai)高溫停留時(shi)間,注意避免(mian)在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)過程(cheng)產生(sheng)“中溫敏(min)化”的(de)(de)效果。因此雙(shuang)面焊(han)(han)時(shi),與腐(fu)蝕介質(zhi)接(jie)(jie)觸的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)應(ying)最后施焊(han)(han)(這是(shi)大直徑厚壁焊(han)(han)內焊(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)之后再(zai)進行的(de)(de)原因所在(zai)),如不能(neng)實(shi)施,則應(ying)調整焊(han)(han)接(jie)(jie)規(gui)范及焊(han)(han)縫(feng)形狀,焊(han)(han)管內焊(han)(han),應(ying)盡量避免(mian)與腐(fu)蝕介質(zhi)接(jie)(jie)觸的(de)(de)過熱區再(zai)次(ci)受到(dao)敏(min)化加熱。


 焊(han)后熱(re)處理。焊(han)后進行(xing)固溶或穩定化處理,均能(neng)提高(gao)接頭的抗刀(dao)狀腐蝕能(neng)力。