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)銹鋼具有良好的(de)焊接性(xing),無(wu)淬(cui)硬性(xing),因而(er)在熱影響區內無(wu)淬(cui)硬現象,同時也無(wu)晶(jing)粒粗大化現象。但在焊接中存(cun)在以下問題:
奧氏(shi)體不(bu)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. 焊縫晶間腐蝕和母材(cai)上敏(min)化溫度區(qu)腐蝕
18-8型不銹鋼在450~850℃溫度(du)加熱時,具有晶(jing)間(jian)(jian)腐蝕(shi)傾向(xiang),這一溫度(du)范(fan)圍(wei)稱為敏化溫度(du)區間(jian)(jian)。
焊(han)(han)縫(feng)晶間腐(fu)蝕(shi)可有兩種(zhong)情(qing)(qing)況(kuang)(kuang):一(yi)種(zhong)情(qing)(qing)況(kuang)(kuang)為焊(han)(han)接(jie)(jie)線能(neng)量過大(da)或多層焊(han)(han)時(shi)焊(han)(han)縫(feng)金屬在敏化溫(wen)度(du)區間停留(liu)時(shi)間過長所(suo)引起,即焊(han)(han)接(jie)(jie)狀(zhuang)態下(xia)已(yi)有碳化鉻(ge)析(xi)出而形(xing)成(cheng)貧鉻(ge)層;另一(yi)種(zhong)情(qing)(qing)況(kuang)(kuang)是焊(han)(han)接(jie)(jie)狀(zhuang)態下(xia)耐蝕(shi)性良(liang)好,焊(han)(han)后經受了敏化加(jia)熱的作用,因而具有晶間腐(fu)蝕(shi)傾向(xiang)。
熱(re)影響(xiang)區、敏化(hua)區的(de)(de)晶間腐(fu)蝕傾向也是由于(yu)形(xing)成貧鉻層所致。但(dan)因為焊(han)接熱(re)循環(huan)具(ju)有快速(su)連續加熱(re)的(de)(de)特點,碳化(hua)鉻的(de)(de)析出(chu)需要在更高的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)才能較快進(jin)行,因此(ci),焊(han)接接頭(tou)的(de)(de)敏化(hua)區溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍為600~1000℃,要比平衡加熱(re)條(tiao)件下(xia)的(de)(de)敏化(hua)區溫(wen)(wen)度(du)(du)(450~850℃)高。
焊(han)縫和熱影(ying)響區晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)傾向與含碳量(liang)、加熱溫(wen)度和保(bao)溫(wen)時間(jian)等因素(su)有關。因此,為提(ti)高焊(han)接接頭抗晶(jing)腐蝕(shi)(shi)能力(li),一般宜(yi)采取以下措施:
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. 在鋼中添加(jia)穩定化元素(su) Ti、Nb等,使之優先形成MC,而避免形成貧(pin)鉻層。
c. 使(shi)焊縫形成(cheng)奧氏體(ti)加(jia)少量鐵素(su)(su)(su)體(ti)的(de)雙(shuang)相組織。當(dang)焊縫中(zhong)(zhong)存在(zai)一定數量的(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti)時,可以細化晶(jing)(jing)粒,增(zeng)加(jia)晶(jing)(jing)界(jie)面(mian)積(ji),使(shi)晶(jing)(jing)界(jie)單位面(mian)積(ji)上的(de)碳化鉻析出量減(jian)少,減(jian)輕貧(pin)鉻程度。鉻在(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)中(zhong)(zhong)溶解度較大,Cr23C6優先在(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)中(zhong)(zhong)形成(cheng),而不致使(shi)奧氏體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)貧(pin)鉻;此外,散在(zai)奧氏體(ti)之間(jian)的(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti),還可能防止腐蝕沿(yan)晶(jing)(jing)界(jie)向(xiang)內部擴展。
d. 控制在(zai)敏化(hua)(hua)溫(wen)度(du)區(qu)(qu)間的(de)停(ting)留(liu)時(shi)間。調整(zheng)焊(han)(han)接熱(re)循環(huan),盡可能縮短600℃以上的(de)高溫(wen)停(ting)留(liu)時(shi)間,以防止焊(han)(han)縫及熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)大(da)量(liang)析出碳化(hua)(hua)鉻(ge)。如選(xuan)擇能量(liang)密度(du)高的(de)焊(han)(han)接方(fang)法(如等離子弧(hu)焊(han)(han)),選(xuan)用(yong)較(jiao)小的(de)焊(han)(han)接線(xian)能量(liang),焊(han)(han)縫背面通氬氣或采用(yong)銅(tong)墊增加(jia)焊(han)(han)接接頭的(de)冷卻速度(du),減(jian)少(shao)(shao)起弧(hu)、收(shou)弧(hu)次數以避免重復加(jia)熱(re),多層焊(han)(han)時(shi)與腐蝕介(jie)質的(de)接觸面盡可能最后施焊(han)(han)等,均可以減(jian)少(shao)(shao)接頭的(de)晶間腐蝕傾向。
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(zhuang)腐(fu)蝕
刀狀腐蝕簡稱刀蝕,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(dao)口腐(fu)蝕的措(cuo)施(shi)如下:
a. 降低(di)含碳量
這是防(fang)止刀(dao)狀腐(fu)蝕的很有效(xiao)的措(cuo)施(shi)。對于含(han)有穩(wen)定化元素的不銹鋼,含(han)碳量最(zui)好不超過0.06%。
b. 采用合理的焊接工藝
盡量(liang)選(xuan)擇較小的(de)線能量(liang),以減少過(guo)熱區(qu)在(zai)高溫(wen)停留時間,注意避免(mian)在(zai)焊(han)(han)接過(guo)程產生“中溫(wen)敏化(hua)”的(de)效果(guo)。因此雙面焊(han)(han)時,與腐蝕(shi)介(jie)質接觸的(de)焊(han)(han)縫應(ying)最后(hou)施焊(han)(han)(這(zhe)是大(da)直徑厚壁焊(han)(han)內(nei)焊(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)之(zhi)后(hou)再(zai)進行的(de)原(yuan)因所在(zai)),如不(bu)能實施,則應(ying)調整焊(han)(han)接規(gui)范及焊(han)(han)縫形狀,焊(han)(han)管內(nei)焊(han)(han),應(ying)盡量(liang)避免(mian)與腐蝕(shi)介(jie)質接觸的(de)過(guo)熱區(qu)再(zai)次受到敏化(hua)加(jia)熱。
焊(han)后(hou)熱處理(li)。焊(han)后(hou)進行固溶或穩定化處理(li),均能(neng)提高接(jie)頭的抗(kang)刀狀腐蝕能(neng)力。