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)銹鋼具有良(liang)好的(de)焊接性,無淬硬(ying)性,因(yin)而在熱影響(xiang)區內無淬硬(ying)現象,同時也無晶粒粗大(da)化現象。但在焊接中(zhong)存在以下問題:
奧氏體不銹鋼焊(han)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)晶間腐蝕(shi)和母(mu)材(cai)上敏化溫度(du)區腐蝕(shi)
18-8型不銹鋼在450~850℃溫(wen)度加熱時,具有晶間(jian)腐蝕傾向,這一溫(wen)度范圍稱為敏(min)化溫(wen)度區間(jian)。
焊(han)(han)縫晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)可有兩種情況(kuang):一種情況(kuang)為焊(han)(han)接線能量過大或多(duo)層焊(han)(han)時焊(han)(han)縫金屬(shu)在(zai)敏(min)化溫度區間(jian)停(ting)留(liu)時間(jian)過長(chang)所引起,即焊(han)(han)接狀(zhuang)態下已有碳化鉻(ge)(ge)析(xi)出而形成(cheng)貧鉻(ge)(ge)層;另一種情況(kuang)是焊(han)(han)接狀(zhuang)態下耐蝕(shi)性良好,焊(han)(han)后經受了敏(min)化加熱的作用,因而具有晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)傾向。
熱影(ying)響(xiang)區、敏化(hua)區的(de)晶間腐蝕傾向也是由于(yu)形(xing)成貧鉻層所致(zhi)。但因為焊接(jie)熱循環具有快(kuai)速連續加(jia)熱的(de)特點,碳化(hua)鉻的(de)析出需要(yao)在更高(gao)的(de)溫度(du)下才能(neng)較快(kuai)進行,因此,焊接(jie)接(jie)頭的(de)敏化(hua)區溫度(du)范圍為600~1000℃,要(yao)比平衡加(jia)熱條件下的(de)敏化(hua)區溫度(du)(450~850℃)高(gao)。
焊縫(feng)和熱(re)影響(xiang)區晶間(jian)腐(fu)蝕傾向與含(han)碳量、加熱(re)溫度和保溫時間(jian)等因素(su)有(you)關。因此,為提高焊接(jie)接(jie)頭(tou)抗晶腐(fu)蝕能(neng)力,一般宜采取(qu)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(zhong)添加穩定化元素 Ti、Nb等,使(shi)之優(you)先形成MC,而避免形成貧鉻層。
c. 使(shi)焊(han)縫(feng)形成奧氏(shi)體加少量(liang)鐵素(su)體的雙相(xiang)組織。當焊(han)縫(feng)中存(cun)在一定數量(liang)的鐵素(su)體時(shi),可以細化晶(jing)粒,增加晶(jing)界面(mian)積,使(shi)晶(jing)界單位面(mian)積上(shang)的碳化鉻析出量(liang)減少,減輕貧鉻程度(du)(du)。鉻在鐵素(su)體中溶解(jie)度(du)(du)較(jiao)大,Cr23C6優先(xian)在鐵素(su)體中形成,而不致使(shi)奧氏(shi)體晶(jing)界貧鉻;此外(wai),散(san)在奧氏(shi)體之(zhi)間(jian)的鐵素(su)體,還可能防止腐(fu)蝕沿晶(jing)界向內(nei)部擴展。
d. 控制在敏化溫度區間的(de)(de)停(ting)留時間。調整焊(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)循環,盡(jin)(jin)可能(neng)(neng)縮短(duan)600℃以(yi)上(shang)的(de)(de)高溫停(ting)留時間,以(yi)防止焊(han)(han)縫及熱(re)影(ying)響區大(da)量析出(chu)碳(tan)化鉻。如選擇能(neng)(neng)量密度高的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)方法(fa)(如等離(li)子弧焊(han)(han)),選用(yong)較小的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)線(xian)能(neng)(neng)量,焊(han)(han)縫背面通氬氣或采用(yong)銅墊增加(jia)(jia)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)冷卻速度,減少起弧、收弧次數以(yi)避(bi)免(mian)重復加(jia)(jia)熱(re),多層焊(han)(han)時與腐蝕介質(zhi)的(de)(de)接(jie)(jie)觸面盡(jin)(jin)可能(neng)(neng)最后施焊(han)(han)等,均(jun)可以(yi)減少接(jie)(jie)頭的(de)(de)晶間腐蝕傾(qing)向(xiang)。
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. 焊接接頭的刀狀腐蝕(shi)
刀狀(zhuang)腐(fu)蝕簡稱刀蝕,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。
防止刀口腐蝕的措施(shi)如下:
a. 降低含碳量
這是(shi)防止刀狀腐蝕的(de)很(hen)有(you)(you)效的(de)措(cuo)施。對于含(han)有(you)(you)穩(wen)定化元素的(de)不銹鋼,含(han)碳量(liang)最好不超過0.06%。
b. 采(cai)用合(he)理的焊接工藝
盡量選擇(ze)較小的(de)線能(neng)量,以(yi)減少過熱(re)區在(zai)高溫停留時間,注意避免在(zai)焊(han)接(jie)過程產生(sheng)“中(zhong)溫敏化”的(de)效果。因(yin)(yin)此(ci)雙面焊(han)時,與腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介(jie)質(zhi)接(jie)觸(chu)的(de)焊(han)縫(feng)應(ying)最后施焊(han)(這是大直徑厚(hou)壁焊(han)內(nei)焊(han)在(zai)外焊(han)之后再進行的(de)原因(yin)(yin)所在(zai)),如不能(neng)實施,則應(ying)調整焊(han)接(jie)規(gui)范及焊(han)縫(feng)形狀(zhuang),焊(han)管內(nei)焊(han),應(ying)盡量避免與腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介(jie)質(zhi)接(jie)觸(chu)的(de)過熱(re)區再次受到敏化加熱(re)。
焊(han)(han)后熱處(chu)理。焊(han)(han)后進行固(gu)溶或穩定化處(chu)理,均能(neng)提高接頭的抗(kang)刀狀(zhuang)腐蝕能(neng)力。

